Название: Углеродные нанотрубки.
Основной предмет (школа): физика, химия.
Область знания (ВУЗ): химическое осаждение из газовой фазы, методы формирования тонких пленок, литография, технология фокусированных ионных пучков.
Актуальность: в настоящее время на основе углеродных наноструктур создается элементная база наноэлектроники и наносистемной техники, появляются новые материалы и устройства. Уникальные физико-механические и электрические свойства дают возможным использование углеродных нанотрубок в качестве зондов сканирующей зондовой микроскопии, чувствительных элементов датчиков, проводящих каналов транзисторов, а так же в наполнителей композитных материалов. Создание углеродных нанотрубок с требуемыми параметрами в заданном месте на подложке, является актуальной задачей.
Новизна: прецизионное формирование углеродных нанотрубок с использованием нестандартных приемов литографии.
Цель: исследование и разработка технологических основ синтеза углеродных нанотрубок методом химического осаждения из газовой фазы и их позиционирования на подложке.
Задачи:
1. Анализ литературных источников по особенностям выращивания УНТ методом химического осаждения из газовой фазы;
2. Анализ литературных источников по методам создания каталитических центров для выращивания упорядоченных углеродных нанотрубок;
3. Анализ литературных источников по методам наноразмерной литографии;
4. Разработка плана проведения экспериментальных исследований по выращиванию углеродных нанотрубок;
5. Экспериментальные исследования процессов формирования каталитических центров для выращивания УНТ;
6. Экспериментальные исследования процессов выращивания углеродных нанотрубок;
7. Анализ и оптимизация технологических параметров, влияющих на рост, ориентацию и размещение нанотрубок на подложке;
8. Создание нанотрубок в заданном месте на подложке;
9. Обобщение полученных результатов.
Экспериментальные подходы: подготовка образцов (очистка), работа с модулем PECVD, ознакомление с технологией фокусированных ионных пучков, освоение инструментальных методов анализа (электронная микроскопия, сканирующая зондовая микроскопия).
Методические подходы: ознакомление со структурой и свойствами углеродных нанотрубок, освоение метода химического осаждения из газовой фазы для выращивания углеродных нанотрубок, ознакомление с методами создания тонких пленок (метод импульсного лазерного осаждения и магнетронного распыления).
Требующиеся нестандартные реактивы и ресурсы: установка осаждения углеродных нанотрубок, растровая электронная микроскопия, сканирующая зондовая микроскопия, модуль фокусированных ионных пучков, установка напыления тонких пленок металлов и оксидов на их основе.
Освоение школьником теоретического материала: основы метода химического осаждения из газовой фазы, метода фокусированных ионных пучков, метода растровой электронной и сканирующей зондовой микроскопии.
Навыки, получаемые школьником:
- работа с научной и научно-популярной литературой;
- опыт ведения научно-исследовательской работы;
- работа с современным технологическим и аналитическим оборудованием;
- овладение методом химического осаждения из газовой фазы для выращивания углеродных нанотрубок.
Предшествующий материал по школьной программе: химия элементов, углерод, физика полупроводников.
Роль учителя: общее руководство проектом, координация работ с тьютором.
Возможная помощь тьюторов: поиск специальной литературы и ее обсуждение, постановка задачи и обсуждение результатов, обеспечение расходными материалами, помощь при проведении экспериментальных исследований, помощь в инструментальном анализе объектов исследования.
Техника безопасности: работа с технологическими газами, работа на электрооборудовании до 1000 В, стандартные правила безопасности при работе в лаборатории.
Примечания: следующий этап работы – создание макета приборов на основе упорядоченных массивов углеродных нанотрубок.
Первичные литературные ссылки для начала поиска:
1) Раков Э.Г. Нанотрубки и фуллерены, М.: Логос, 2006. 376 с.
2) http://www.nanometer.ru/2008/04/18/karbododekaedr_42038.html
3) http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/4992.html
