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

Учебная лаборатория по нанотехнологиям ТГТУ

Ключевые слова:  АСМ, Мастерские инноваций, периодика, ТГТУ, ФИОП РОСНАНО

Автор(ы): Салум Хайян

Опубликовал(а):  Чеканова Анастасия Евгеньевна

19 июня 2015

Мы с удовольствием публикуем работы конкурса «Моя лаборатория», который провели в рамках Олимпиады Программа «Мастерские инноваций» ФИОП РОСНАНО и МГУ имени М.В.Ломоносова.

Все великое начиналось с малого,
все малое может стать великим

После окончания школы передо мной встал вопрос о выборе высшего учебного заведения. В Сирии, откуда я родом, много достойных университетов, но обстоятельства иногда сильнее наших желаний. Знакомые рассказали мне о том, что хорошее образование можно получить в России. Так я оказался в Тамбовском государственном техническом университете (ТГТУ). К этому времени я уже знал, что там ведутся научные исследования по разным направлениям. Результаты исследований признаются в разных странах, значит, там работают специалисты высокого класса. Но где готовят специалистов, которые могут выполнять исследования такого уровня?

Я попросил преподавателей организовать экскурсию по Университету. Конечно, лабораторий и исследовательских центров в университете много. Каждая структура работает над каким-нибудь проектом (или сразу над несколькими). Студенты попадают в науку с первых курсов и самые увлеченные остаются работать в университете. Я думаю, так происходит во всех серьёзных университетах не только в России.

Меня заинтересовал тот факт, что ставить эксперименты, помогать в реализации научных проектов могут молодые люди, которые ещё не учатся в университете. В России это называется непрерывное образование. Например, в ТГТУ есть учебная лаборатория по нанотехнологиям, которую курирует кафедра физики ТГТУ [1,2,3]. Здесь на самом современном оборудовании работают не только сотрудники университета и студенты, но и учащиеся политехнического лицея-интерната ТГТУ. Это значит, через несколько лет студентами станут люди, которые уже знают о самых современных тенденциях в науке и умеют работать на современном оборудовании. Не надо тратить время на объяснение им очевидных фактов, уже с первых курсов они могут определиться с выбором научного направления и, конечно, по окончании вуза станут компетентными, высококвалифицированными специалистами (по крайней мере, по направлениям Наноинженерия и Нанотехнологии и микросистемная техника).

Теперь о том, что же меня заинтересовало. Лаборатория создана в 2008 году, и средства на оборудование для неё получены по гранту «Поставка и ввод в эксплуатацию учебных лабораторий по нанотехнологии для кабинетов физики, химии и биологии базовых общеобразовательных учреждений профильных вузов». Оказывается, это широко распространенная практика, когда деньги на развитие образования дает государство.

В этой лаборатории я увидел 3 комплекта NanoEducator – сканирующих зондовых микроскопов. Они специально разработаны для школьников и студентов, у них простой интерфейс и легкое управление с помощью компьютера. При работе на этих микроскопах можно узнать, что такое сканирующая зондовая микроскопия, как локальные зонды различных типов (туннельный, атомно-силовой и т.п.) взаимодействуют с исследуемой поверхностью, какие методики применяются для исследования различных характеристик материалов и физических свойств поверхности твёрдых тел, где применяют методы сканирующей зондовой микроскопии.

До того, как я оказался в этой лаборатории, о нанотехнологиях и методах исследования наноматериалов я знал очень мало. В основном это общеизвестные факты.

Нанотехнологии совершили революцию в мире науки, в промышленности. Они позволяют по-новому взглянуть на решение старых проблем, обеспечивают высокую производительность предприятий и повышают их конкурентоспособность. Применение нанотехнологий изменит и нашу повседневную жизнь, и медицину, и даже мировую экономику.

Но это всё общие слова. Кажется, это очень далеко от обычного человека. Сотрудники лаборатории предложили мне самому выполнить лабораторную работу. И действительно, многое стало гораздо понятнее.

Сначала я получил пошаговую инструкцию, что нужно делать и в какой последовательности.

Во-первых, мы должны были установить образец на магнитном столике (рис. 1) и выбрать участок образца для исследования. Затем мы установили зондовый датчик. Самым сложным здесь было не уронить датчик и не сломать его, т.к. он кажется очень хрупким.

Рис.1. Установка образца в зондовый микроскоп (доцент Осипова Ирина Анатольевна и я за работой)

Во-вторых, мы начали работу с программой управления. Сначала мне показали работу программы в режиме симулирования для того, чтобы я хорошо представлял принцип действия, порядок проведения эксперимента и предполагаемые результаты. Потом мы переключили демонстрационный режим на действующий, выбрали метод сканирующей зондовой микроскопии и приступили к работе. Проведение эксперимента требовало внимательности и аккуратности, т.к. работать приходилось с поверхностями очень малой площади, несколько десятков микрометров, поэтому любое внешнее воздействие, например колебание пола в лаборатории или поверхности стола, на котором располагался прибор, могло исказить результат исследования.

В-третьих, я начал искать резонанс и устанавливать рабочую частоту (рис.2).

Рис. 2. Окно Резонанс с открытой панелью параметров поиска резонанса

Следующий шаг – подвод зонда к образцу (рис.3).

Рис.3. Окно при подводе зонда к образцу

Далее переходим в режим сканирования образца (рис.4)

Рис. 4. Сканирование образца

И вот уже перед нами детальное описание поверхности со всеми её дефектами и особенностями и анализ сечения. А дальше можно делать выводы и о применении данной структуры, и о её видоизменениях в зависимости от условий.

Так, например, лицеисты в лаборатории вместе с преподавателем исследуют поверхность микрофильтрационной мембраны марки МФА-МА (рис.5). Мембрана эта применяется для фильтрации растворов в химической технологии. В ходе исследования устанавливаются особенности поверхности мембраны, внешний вид, оцениваются размеры микропоры (~ 1-3 мкм на уровне 10 мкм от основания) [4,5].

Рис.5. 3D АСМ – изображение поверхности мембраны в области микропоры

Так же можно исследовать поверхность дифракционной решетки, выявить внешний вид ее поверхности, период решетки и другие ее характеристики. Внешний вид поверхности дифракционной решетки представлен на рисунке 6.

Рис.6. 3D АСМ - изображение дифракционной решетки и анализ сечения

Это действительно потрясающе! Благодаря современному оборудованию (даже обучающему сканирующему зондовому микроскопу) мы можем работать с веществом с нанометровым уровнем пространственного разрешения. Теперь возможны прямые эксперименты с отдельными молекулами и атомами. И это могут делать не только маститые ученые с мировым именем, но и увлеченные наукой студенты и учащиеся лицея!

Мне хотелось бы написать ещё о многом, но, к сожалению, писать по-русски достаточно сложно. И всё же для меня посещение данной лаборатории - бесценный опыт, который заставил задуматься о том, чтобы связать свою профессиональную деятельность с нанотехнологиями.

Источники:

1. http://www.tstu.ru/r.php?r=struct.structure.kafedra&id=27&v=2

2. http://www.tstu.ru/r.php?r=struct.structure.kafedra&id=27&v=1&t=2

3. http://pli.tstu.ru/structura/mat/mt%20obecpe4.pdf

4. Иванов В.Е., Осипова И.А. Исследование морфологии поверхности микрофильтрационных мембран МФА-МА методом атомно-силовой микроскопии. II-я Всероссийская научно-практическая заочная электронная конференция «Кооперация науки, образования производства и бизнеса: новые идеи и перспективы безопасного развития в ближайшем будущем» http://innovatika.web.tstu.ru/arhiv.html

5. Осипова И.А. Организация профессионально направленной среды при подготовке будущих инженеров в условиях непрерывной системы образования «школа-вуз» Труды Естественнонаучного и гуманитарного факультета Тамбовского государственного технического университета: сборник научных и научно-методических статей стр. 241-250

Об авторе

Салум Хайян - cтудент факультета «Международного образования» Тамбовского государственного технического университета, кафедра «Общетеоретические дисциплины». Область научных интересов – биотехнологии.

.


В статье использованы материалы: Моя лаборатория


Средний балл: 10.0 (голосов 2)

 



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

 

Углеродные ленты
Углеродные ленты

Графен помог ученым МГУ понять механизм работы литиевых аккумуляторов нового типа
Сотрудники МГУ запатентовали электрохимическую ячейку, позволяющую с помощью высокочувствительных методов анализа поверхности изучать химические процессы в материалах аккумуляторов. Разработка позволит понять процессы, возникающие при использовании литий-воздушных аккумуляторов. Этот тип аккумуляторов при одинаковой массе обладает в 5 раз большей ёмкостью, чем широко распространённые литий-ионные.

ФИОП и еНано открыли прием заявок на IV конкурс молодежных проектов по инновационному развитию бизнеса «Технократ»
Фонд инфраструктурных и образовательных программ и компания еНано открыли прием заявок на IV конкурс молодежных проектов по инновационному развитию бизнеса «Технократ», который проводится в рамках программы «УМНИК» Фонда содействия инновациям.

NT-MDT S.I. на ближайших конференциях.
Дорогие коллеги, NT-MDT S.I. в ближайшее время будет представлена на двух конференциях.

Эксперт: Ингредиенты готовы к началу реакции
Вера Колерова
Малотоннажная химия по-прежнему не в фаворе у бизнеса и власти. Первый не идет в этот сектор из-за больших вложений и долгих сроков окупаемости. А правительство приняло всего лишь дорожную карту развития этой подотрасли. Но предпосылки для ее подъема все-таки есть. Важно не упустить момент ...

Оптическая жизнь дисульфидных нанотрубок
А.Ю.Поляков, Е.А.Гудилин
Недавно полученные экспериментальные результаты позволяют рассматривать нанотрубки дисульфида вольфрама в качестве основы для новых фотонных устройств, элементов оптических схем. Кроме того, знания о нетривиальных оптических особенностях данных наноструктур позволят по-новому взглянуть на свойства композитов плазмонных наночастиц золота и серебра с дисульфидными нанотрубками.

Наноматериалы в ядерных технологиях
Тананаев И.Г.
Сегодня активное развитие ядерных технологий – мировая тенденция, связанная с обеспечением устойчивого развития мирового сообщества. Решение энергетических проблем путем строительства новых атомных станций, формирование персонифицированной высокотехнологической медицины за счет внедрения ядерной медицины, освоение Арктики и космического пространства – основы ядерных технологий, не говоря об обеспечении государственной безопасности и удержания паритета ядерных вооружений.

Инновационные системы: достижения и проблемы
Олег Фиговский, Валерий Гумаров

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!

Проектная работа

Сегодня становится все более популярной так называемая проектная работа школьников, однако на этот счет есть очень разные мнения. Мы были бы признательны, если бы Вы высказали кратко свое мнение по этому поводу путем голосования. Заранее благодарны!



 
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.