Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Нанометрология (nanometrology)

Ключевые слова:  наноазбука, периодика

Автор(ы): Наноазбука (первая версия)

Опубликовал(а):  Гудилин Евгений Алексеевич

18 декабря 2008

“Мерка дело красит”

Поговорка

Любой человек в повседневной жизни встречается с необходимостью измерения. Чтобы приготовить вкусный обед, нужно смешать ингредиенты строго по рецепту, а чтобы расплатиться за потраченную электроэнергию или объём скопированной информации, необходимо знать их количество. Любая покупка в магазине, например, одежды подразумевает, что Вы знаете ее размер, мяса – его массу, сока – его объем, и платите вы соответственно. Часто человек даже не задумывается, что все эти измерения производятся с помощью устройств, которые созданы трудом ученых, занимающихся метрологией. Итак, метрология (от греч. métron - мера и lógos - учение) наука о том, с помощью каких методов и какими средствами надо проводить различные измерения, чтобы обеспечить их единство и добиться требуемой точности.

С древних времен человечество пытается принять однозначную систему «единиц измерения». Этим вопросом занимались правители и ученые в Древнем Китае, Греции, Персии, Риме, Англии, Феодальной Европе и на Руси. В то время эталоны единиц измерения были нехитрые: размеры органов тела королей, любимых музыкальных инструментов императоров и пр. Развитие науки, торговли и мореплавания требовало постоянных пересчетов одних мер в другие, только в Европе в XVII в. использовалось около 100 различных фунтов и 50 различных миль. Привести к порядку единицы измерения первыми решились французы. В 1791 г. Национальное собрание Франции приняло решение повсеместно перейти на метрическую систему, базирующуюся на метре и грамме, причем метр определили как одну десятимиллионную долю участка земного меридиана от Северного полюса до экватора. С помощью имевшихся на тот момент астрономических и механических приспособлений первый эталон метра (“метр архива”) был изготовлен французским мастером Ленуаром в виде платиновой линейки шириной около 25 мм, толщиной около 4 мм. В 1872 г. Международная метрическая комиссия решила отказаться от «естественного» (привязанного к длине меридиана) эталона длины и приняла «метр архива» в качестве исходной меры длины. По нему изготовили и распространили между странами 31 эталон в виде бруса специальной формы из сплава Pt (90%)-Ir (10%). Долгое время эти эталоны обеспечивали определение метра с ошибкой ~ 0,2 мкм и удовлетворяли нуждам науки и техники. Новое определение метра приняли лишь в1960 г., приравняв его к 1650763,73 длины волны излучения атома криптона в вакууме. Старые, “архивные метры” стали экспонатами музеев, а новое определение метра позволило уменьшить ошибку при измерении метра с 0,2 мкм до 30 нм.

В России международные стандарты начал внедрять Д.И. Менделеев, который в 1893 г. основал и возглавил Главную палату мер и весов, в дальнейшем преобразованную во Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии и стандартизации его имени (ВНИИМС). Этим институтом разрабатываются специальные документы - ГОСТ’ы, призванные регламентировать все методики измерения, технологии производства и свойства измерительных инструментов. С 1960 г. в России было принято решение о создании ГОСТ’ов только в соответствии с системой СИ, в которой основными единицами измерения являются метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, кандела и моль. Однако в повседневной жизни оказывается удобнее производить измерения в несистемных единицах – объём измерять в литрах, а не кубических метрах, а температуру в градусах Цельсия, а не Кельвина.

С метрологическими инструментами мы регулярно сталкиваемся в повседневной жизни – это линейки, угольники, весы, электро-, тепло- и газовые счетчики. А методиками, мы пользуемся, например, при покупке приправ, зелени и других легковесных продуктов. Так, полезно знать, что обычные весы в магазине могут измерять вес с точностью до 5 г., если масса продукта превышает 100 г. Поэтому нельзя взвешивать на весах продукты меньшей массы, а чтобы измеренная масса совпадала с показанием «контрольных весов» надо все весы устанавливать согласно определенным правилам.

Каждой единице измерения соответствует свой эталон, для каждого случая создается свой измерительный элемент. Согласитесь, что никому и в голову не придет измерять ткань в магазине микрометром. Для этого подойдет деревянная метровая линейка с точностью в 1 см. А вот для измерения диаметра подшипника придется воспользоваться специальным инструментом – штангенциркулем с ценой деления 0,05 мм. А как же быть, если нужно определить размеры, скажем «углеродной нанотрубки», длина которой несколько микрон, а толщина не превышает десятка нанометров? Ее увидеть-то не просто, не то что измерить. Обычной линейкой тут не обойдешься. Так в метрологии появился новый раздел, который получил название «нанометрологии», изучающей способы передачи принятых единиц измерения от эталона к объектам, линейные размеры которых лежат в интервале 0,1 – 100 нм. В 1997 г. Консультативный комитет по длине рекомендовал принять за новый эталон измерения длины излучение стабилизированного He-Ne/J2 лазера λ=632,99139822 нм. Такой эталон позволяет определить метр с ошибкой, не превышающей 0,02 нм, т.е. с точностью до одного атомного слоя.

Однако механически изготовленные приборы не позволяют измерять длину наноотрезков. Это делают с помощью сложных приборов – электронных и атомно-силовых микроскопов, однако для их применения нужно провести калибровку, то есть создать специальные «нанолинейки». Создавать «нанолинейки» с использованием интерферометров начали в начале 90-х годов прошлого века. Современный интерферометр позволяет измерять перемещение тел с точностью до долей диаметра атома, это достигается детектированием изменения картин интерференции 3-х световых потоков, от одного источника лазерного излучения. Пожалуй, наибольшего успеха в области создания «нанолинеек» добились исследователи Массачусетского технологического института, которые методом растровой интерференционной литографии на пластине с фоторезитом диаметром 300 мм нанесли периодические насечки, создав, таким образом, своеобразную линейку с ошибкой измерения длины в 1,1 нм. Не отстает от мирового прогресса и Россия, где производятся аналогичные «линейки» для измерения длин наноотрезков с ошибкой от 0,5 до 3 нм. Поддалась измерению и масса наночастиц: с развитием масс-спектроскопии оказалось возможным зарегистрировать массы отдельных нанокластеров и макромолекул. На сегодня уже разработаны ГОСТ’ы и технические условия, которым должны соответствовать коммерческие наноматериалы.

Литература

П.А Тодуа, Метрология в нанотехнологии, журнал Российские нанотехнологии, 2007, Том 2, № 1-2, стр. 61-69.


В статье использованы материалы: Нанометр


Средний балл: 7.8 (голосов 4)

 


Комментарии
Владимир Владимирович, 18 декабря 2008 13:09 
Последний параграф: фоторезиСтом.
Все статьи НаноАзбуки очень интересны , эта - лишь чуточку менее... в ней, на мой субъективный взгляд, не так много "как".
Чернышов Иван Юрьевич, 04 января 2009 19:38 
Подождите! Так ведь метр по определению - это одна 299 792 458-ая расстояния, проходимого светом за секунду... Разве нет?
Владимир Владимирович, 04 января 2009 19:55 
Нет Скорость света трудно измерить так точно, чтобы она могла являться эталоном.
Ой, что-то много неправильных запятых в тексте...
очень интересно, особенно понравилась точность проводимых измерений
к вопросу о длине волны HeNe-лазера: пожалуйста не путайте определение метра в системе СИ и эталон, т.е. физический носитель величины

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Х-вирус картофеля
Х-вирус картофеля

Приглашение на вебинар «Комбинация АСМ и оптических методик: новые достижения и приложения»
НТ-МДТ Спектрум Инструментс приглашает Вас принять участие в бесплатном вебинаре «Комбинация АСМ и оптических методик: новые достижения и приложения»

Наносистемы: физика, химия, математика (2019, том 10, № 1)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume10/10-1
Там же можно скачать номер журнала целиком.

XXI Менделеевский съезд по общей и прикладной химии,
Уважаемые коллеги! Приглашаем вас принять участие в работе XXI Менделеевского съезда по общей и прикладной химии, который состоится с 9 по 13 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге и станет одним из основных мероприятий Международного года Периодической таблицы химических элементов, провозглашённого ООН в декабре 2017 г.
Проводится под эгидой Международного союза по теоретической и прикладной химии (IUPAC).

Микроэлементарно, Ватсон: как микроэлементы действуют на организм
Алексей Тиньков
Как на нас воздействуют кадмий, ртуть, цинк, медь и другие элементы таблицы Менделеева рассказал сотрудник кафедры медицинской элементологии РУДН Алексей Тиньков в интервью Indicator.Ru

Зимняя научная конференция студентов 4 курса ФНМ МГУ 22-23 января 2019 г.
Сафронова Т.В.
Настоящий сборник содержит тезисы докладов зимней научной студенческой конференции студентов 4-го курса ФНМ

Самые необычные таблицы Менделеева на выставке Международного года Периодической таблицы химических элементов

6-8 февраля в Российской академии наук состоялось торжественное открытие Международного года периодической таблицы химических элементов в России и приуроченная к этому масштабная интерактивная выставка

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.