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

 

Золотые кружева
Золотые кружева

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

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.