Методы получения наноструктур и наноматериалов
IV курс, VIII семестр, специализация «Функциональные наноматериалы»
Лектор — профессор Г.А. Цирлина
Программа курса включает:
- пять лекционных блоков (9 лекций);
- подготовку и защиту (в рамках Блока 5) проектов по конструированию наноструктур;
- решение физико-химических задач, ориентированных на нанотехнологические приложения;
- самостоятельный анализ научной статьи (желателен выбор статьи, близкой по тематике к научно-исследовательской работе студента, но относящейся к технологии низкоразмерных объектов).
Программа курса
Актуальная информация для студентов размещается на сайте кафедры электрохимии.
Блок 1 (Лекции 1, 2).
31 марта, 15.00, Ц-02а
Классификация наноматериалов, наноструктур и их фрагментов по конфигурации и химическому составу. Нанесение наноразмерных объектов на подложки в вакуумных устройствах и из газовой фазы (методы, основанные на химических, фото- и плазмохимических процессах). In situ мониторинг роста тонких пленок. Атомарно-гладкие подложки. Эпитаксия. Поверхностная диффузия. Полимерные резисты, процессы их травления. Предобработка подложек. Технологическая совместимость материалов.
Блок 2 (Лекции 3, 4).
7 апреля, 15.00, Ц-02а
Формирование наноразмерных объектов в жидкостях и растворах. Стабилизация коллоидных частиц и оптический контроль их размеров. Получение металлических и полупроводниковых наночастиц, в том числе частиц типа «ядро-оболочка». Иммобилизация коллоидных частиц на твердых подложках. Электрофорез. Молекулярная «пришивка». Искажения изображений при визуализации частиц на поверхности зондовыми методами.
Блок 3 (Лекции 5, 6).
14 апреля, 15.00, Ц-02а
Кинетика электродных процессов при изменении состава и морфологии поверхности. Электрокристаллизация. Электрохимические методы получения наноразмерных объектов и их упорядоченных ансамблей. Анодирование и травление, размерная обработка. Электрохимические процессы в конфигурации зондовых микроскопов.
Блок 4 (Лекции 7, 8).
21 апреля, 15.00, Ц-02а
Функциональные «наноматериалы», преемственность рутинных и новых технологий. Совместимость различных технологических стадий в комбинированных методах получения наноструктур и наноматериалов. Процессы старения и деградации наноструктур и наноматериалов, обусловленные взаимодействием их фрагментов между собой и с функциональной средой.
Блок 5 (Лекция 9 и защита проектов по конструированию наноструктур).
28 апреля, 15.00, Ц-02а
Общие принципы выбора оптимальной технологии материала с заданными свойствами и метрологических приемов, применяемых в ходе получения материала.
Индивидуальные собеседования по задачам и статьям.
С 30 апреля
Статьи для индивидуального обсуждения.
Каждый может выбрать статью из архива или прислать запрос на статью по теме курса, близкую к тематике собственной научной работы, tsir@elch.chem.msu.ru. Нужно уметь объяснить что же сделано в прочитанной работе — примерно по этой схеме.
Архив
Программа курса, 2010г.
Лекция 1.
Важнейшие для прогнозирования реакционной способности свойства полярных и неполярных жидкостей. Основные виды взаимодействий в молекулярных жидкостях, ионных жидкостях, растворах электролитов. Спектральные методы, используемые для исследования этих взаимодействий. Строение межфазных границ твердое тело/полярная жидкость (раствор): пространственное распределение вещества (адсорбция) и заряда. Возможности использования спектроскопических и дифракционных методов исследования межфазных границ in situ.
Лекция 2.
Кинетика окислительно-восстановительных реакций в растворах и на межфазных границах: ключевые управляющие факторы. Реакция и полуреакция. Редокс-системы. Равновесные потенциалы, методы их определения и возможные ошибки. Влияние природы среды и молекулярного строения реагента на скорость окислительно-восстановительных реакций (в рамках подхода Маркуса). Температурная зависимость. Стадийные процессы, включающие окислительно-восстановительные реакции и стадии иной природы – экспериментальные проявления.
Лекция 3.
Процессы предобработки и модифицирования поверхности. Травление, электрополировка, анодирование металлов, сплавов, кремния, бинарных полупроводников. Размерная обработка на субмикронном уровне – формирование ансамблей пор. Совместимость этих и других технологических этапов создания наноструктур и прекурсоров наноматериалов. Оптический in situ мониторинг.
Лекция 4.
Кинетика нуклеации и роста кристаллов при образовании новой фазы. «Активный центр», мгновенная и прогрессирующая нуклеация в объеме жидкости и на межфазных границах. Нуклеация на двумерном слое адатомов. Поверхностная диффузия. Химическое осаждение и электрокристаллизация металлов, а также бинарных и многокомпонентных неорганических полупроводников и проводящих полимеров. Аморфизация при осаждении твердых фаз.
Лекция 5.
Молекулярное модифицирование. Самоорганизованные монослои прочно хемосорбированных молекул. «Функционализация» поверхности. Иммобилизация единичных молекул, создание «контактов» к молекулам. Ключевые проблемы развития молекулярной электроники, связанные с технологией устройств.
Лекция 6.
Методы наноструктурирования, основанные на использовании коллоидных частиц. Стабилизация твердых частиц в золях. Оптический контроль размеров частиц. Адсорбционная и электрофоретическая иммобилизация. Формирование трехмерных ансамблей коллоидных частиц с «молекулярной пришивкой».
Лекция 7.
Модифицирование поверхности и осаждение наноразмерных фрагментов в конфигурации жидкостных зондовых микроскопов. Возможности электрохимических туннельных микроскопов для локального осаждения наноразмерных фрагментов, квазилитография в зондовой конфигурации. Сопоставление с «классической» литографией, в том числе при использовании литографических жидкостей.
Лекция 8.
Комбинированные технологии получения композиционных наноматериалов. Общие принципы поэтапного осаждения и соосаждения разных фаз. Темплатирование (твердые матрицы и формообразующие компоненты растворов). Электрофоретическое соосаждение при электрокристаллизации. Проблемы сочетания «мокрых» и «сухих» (в том числе вакуумных) технологий.
Лекция 9.
Совместимость различных технологических стадий в комбинированных методах получения наноструктур и наноматериалов. Процессы старения и деградации наноструктур и наноматериалов, обусловленные взаимодействием их фрагментов между собой и с функциональной средой. Размерные зависимости свойств и реакционной способности малых частиц.
Лекция 10.
Общие принципы выбора оптимальной технологии материала с заданными свойствами и метрологических приемов, применяемых в ходе получения материала. Общая дискуссия по впечатлениям от научных статей, предложенных для самостоятельного чтения.
