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. |
.
