Nanometrología

La nanometrología ( ing.  nanometrología ) es una rama de la metrología , que incluye el desarrollo de teorías, métodos y herramientas para medir los parámetros de los objetos , cuyas dimensiones lineales están en el nanorango , es decir, de 1 a 100 nanómetros .

Contenidos de nanometrología

La nanometrología incluye aspectos teóricos y prácticos de la garantía metrológica de la uniformidad de las mediciones en nanotecnologías , incluidos: estándares de cantidades físicas y configuraciones de referencia, muestras estándar de referencia; métodos estandarizados para medir parámetros físicos y químicos y propiedades de objetos de nanotecnología, así como métodos para calibrar los propios instrumentos de medición utilizados en nanotecnología; soporte metrológico de los procesos tecnológicos para la producción de materiales, estructuras, objetos y otros productos de la nanotecnología.

Características de los nanoobjetos

Los nanoobjetos tienen una serie de características que determinan tanto la importancia de las nanotecnologías como el aislamiento de la nanometrología como una sección separada de la metrología. Estas características están relacionadas con el tamaño de los nanoobjetos e incluyen:

• Imposibilidad fundamental de considerar nanoobjetos individuales por métodos ópticos clásicos;
• La aparición de los efectos de la física cuántica , incluido el efecto túnel ;
• Interacciones con sistemas moleculares incluyendo fuerzas de van der Waals , enlaces de hidrógeno ;
• Interacción con sistemas biológicos, incluidas proteínas , ARN , ADN ;
• Superficie desarrollada (alta proporción de la capa cercana a la superficie en el volumen total del nanoobjeto), etc.

Debido a las peculiaridades de los nanoobjetos, algunos métodos de medición clásicos, por ejemplo, basados ​​en el contacto visual con el objeto, no les son aplicables. Además, la medición de las propiedades únicas de los nanoobjetos solo es posible sobre la base de métodos que permitan tener en cuenta estas propiedades únicas.

Calibración

Al calibrar a escala nanométrica, es necesario tener en cuenta la influencia de factores tales como: vibraciones , ruido , desplazamientos causados ​​por deriva térmica y fluencia , comportamiento no lineal e histéresis del piezoescáner , [1] así como la interacción entre la superficie y el dispositivo que conduce a errores significativos.

Métodos y dispositivos de nanometrología

• Microscopio electrónico de barrido , SEM ( Scanning Electron Microscope, SEM )  : visualización pseudo-tridimensional de la superficie, dimensiones lineales, mapeo de la superficie y objetos en ella por composición , estructura, propiedades luminiscentes con una resolución del orden de 1- 10 nm.
• Microscopio electrónico de transmisión , TEM ( Ing.  Transmission Electron Microscope, TEM ): la estructura de los nanoobjetos en transmisión (haz de electrones) y su composición de fase con resolución subatómica.
• Microscopio de fuerza atómica , AFM ( Microscopio de fuerza atómica en inglés  , AFM ): relieve de superficie con resolución hasta mapeo de superficie atómica por propiedades electromagnéticas.
• Microscopio de efecto túnel , STM ( Ing.  Scanning Tunneling Microscope, STM ): relieve de una superficie conductora con resolución atómica.
• Proyector autoiónico y autoelectrónico ( eng.  Field Ion Microscope, Field Emission Microscope ): una imagen de la superficie de sólidos conductores, con forma de aguja afilada, con resolución atómica.
• Dynamic Light Scattering, DLS ( Eng.  Dynamic Light Scattering, DLS ) - caracterización del diámetro hidrodinámico de las partículas y su concentración en suspensiones transparentes (no concentradas) , preferiblemente mono y bidispersas, en el rango de tamaño de fracciones de un nanómetro a varios micrómetros. Determinación del potencial zeta de partículas.
• Espectroscopia acústica , AS ( ing.  Acoustic Spectroscopia, AS ) - caracterización del diámetro de partículas en el rango de una fracción de nanómetros a micrómetros y su concentración en términos de su comportamiento en suspensión bajo la acción de un gradiente de presión de ondas ultrasónicas , determinación del potencial zeta de partículas. Adecuado para suspensiones opacas concentradas. Caracterización de materiales porosos .
• Difracción de rayos X de polvo ( ing.  Difracción de polvo ) - determinación de la composición de fase del polvo, caracterización de su textura y tamaño de cristalito de cada una de las fases .
• Elipsometría ( eng.  Ellipsometry ): determinación del espesor de películas delgadas, incl. nanómetro
• Método BET , método BJH ( teoría BET en inglés  , BJH ) - determinación del área de superficie específica de una sustancia en un medio gaseoso , incl. nanoobjetos con una superficie desarrollada y materiales porosos.
• Espectroscopia de RMN ( ing. Espectroscopia de  RMN ) - la composición química de las sustancias, incl. teniendo en cuenta la proporción de materia en el límite de fase.
• El calibrador de partículas de movilidad de barrido ( SMPS ) es una  caracterización de la distribución de tamaños de nanopartículas y micropartículas en un medio gaseoso en términos de movilidad de partículas cargadas.
• Espectroscopia de absorción de rayos X ( ing.  Espectroscopia de absorción de rayos X )
• Dispersión de rayos  X de ángulo pequeño
• Espectroscopia de capacitancia _ _  _
• Espectroscopia de polarización _ _  _
• Espectroscopia Auger ( ing.  Espectroscopia electrónica Auger )
• Espectroscopía Raman ( Ing.  Espectroscopía Raman )
• Dispersión de neutrones de ángulo  pequeño _
• Voltametría cíclica _ _  _
• Voltametría de  barrido lineal _ _
• Espectroscopía de Mössbauer _ _  _
• Espectroscopia infrarroja ( ing.  Espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier )
• Espectroscopia fotoluminiscente _ _  _
• Espectroscopia de electroluminiscencia ( Ing.  Espectroscopia de electroluminiscencia )
• Calorimetría diferencial de barrido _ _ 
• Espectrometría de masas de  iones secundarios _
• Espectroscopía de catodoluminiscencia _ _  _
• Espectroscopia de pérdida  de energía de electrones _
• Espectroscopia de rayos  X de dispersión de energía
• ( ing.  Sonda de cuatro puntos y técnica IV )
• Espectroscopía  de fotoelectrones de rayos X
• Microscopía óptica de campo  cercano
• Espectroscopia de moléculas individuales ( ing. Espectroscopia de molécula  única )
• Difracción de neutrones _ _  _
• Microscopio de contraste de interferencia diferencial ( microscopía de interferencia inglesa  )
• Interferometría láser ( Ing.  Laser Interferometry )

Unidad de medidas

Conseguir la uniformidad de las medidas a macroescala es una tarea bastante sencilla, para lo que se utilizan: medidas de longitud de línea, interferómetros láser, pasos de calibración, reglas, etc. A escala nanométrica conviene utilizar la red cristalina de un grafito pirolítico altamente orientado ( HOPG ), mica o silicio . [2] [3]

Enlaces

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Ivanov Viktor Vladimirovich . Nanometrología // Diccionario de términos nanotecnológicos .

• Frontera invisible: donde chocan "nano" y "bio"
• Casi lo complicado: ¿cuánto es generalmente un nanómetro?

Notas

1. ↑ RV Lapshin. Metodología de escaneo orientada a funciones para microscopía de sonda y nanotecnología  //  Nanotecnología: revista. - Reino Unido: IOP, 2004. - Vol. 15 , núm. 9 _ - P. 1135-1151 . — ISSN 0957-4484 . -doi : 10.1088 / 0957-4484/15/9/006 . ( La traducción al ruso archivada el 14 de diciembre de 2018 en Wayback Machine está disponible).
2. ↑ RV Lapshin. Calibración lateral automática de escáneres de microscopio de efecto túnel  //  Revisión de instrumentos científicos : diario. - EE.UU.: AIP, 1998. - Vol. 69 , núm. 9 _ - Pág. 3268-3276 . — ISSN 0034-6748 . -doi : 10.1063/ 1.1149091 .
3. ↑ RV Lapshin. Calibración distribuida insensible a la deriva del escáner de la sonda del microscopio en el rango de nanómetros: modo real  //  Applied Surface Science: revista. — Países Bajos: Elsevier BV, 2019. — Vol. 470 . - P. 1122-1129 . — ISSN 0169-4332 . -doi : 10.1016/ j.apsusc.2018.10.149 .