Тема 2.3. Методы исследования наночастиц, наноструктур и наноматериалов

Аудиторные занятия

Лекция 4. Методы исследования наночастиц, наноструктур и наноматериалов

План лекции:

1. Методы исследования наночастиц в газовой и жидкой фазе.

2. Методы исследования наночастиц на поверхности.

3. Сканирующая туннельная микроскопия.

4. Атомно-силовая микроскопия.

5. Просвечивающая и сканирующая электронная микроскопия.

6. Определение площади поверхности методом адсорбции газов.

7. Рентгенофлуоресцентный анализ состава поверхности.

Лабораторная работа 10. Методы исследования свойств наночастиц и наноматериалов. Знакомство со сканирующей зондовой микроскопией

План лабораторной работы:

1. Экскурсия по лаборатории нанохимии и нанотехнологии ВятГГУ.

2. Знакомство с работой сканирующего зондового микроскопа (СЗМ) NanoEducator. Процедура подготовки к работе на СЗМ NanoEducator.

3. Заточка зонда для СЗМ электрохимическим травлением вольфрамовой проволоки.

4. Рассмотрение альбома сканов, составленного специалистами НИЛ нанохимии и нанотехнологии

Лабораторная работа 11. Методы исследования свойств наночастиц и наноматериалов. Проведение сканирующей зондовой микроскопии (на примере тестовых образцов)

План лабораторной работы:

1. Изучение методического описания лабораторной работы.

2. Процедура подготовки к работе на СЗМ NanoEducator.

3. Подготовка тестовых образцов, подвод зонда к поверхности.

4. Изучение морфологии поверхности тестовых образцов на СЗМ NanoEducator методом атомно-силовой микроскопии в полуконтактном режиме.

5. Обсуждение результатов с использованием компьютерной обработки результатов сканирования в 2D и 3D виде.

Лабораторная работа 12. Методы исследования свойств наночастиц и наноматериалов. Проведение сканирующей зондовой микроскопии (на примере реальных объектов)

План лабораторной работы:

1. Изучение методического описания лабораторной работы.

2. Процедура подготовки к работе на СЗМ NanoEducator.

3. Подготовка реальных образцов (нанесенных на подложку цианобактерий Nostoc Lincea, а также микро- и наноструктур GeO₂), подвод зонда к поверхности.

4. Изучение морфологии поверхности цианобактерий Nostoc Lincea, а также микро- и наноструктур GeO₂ на СЗМ NanoEducator методом атомно-силовой микроскопии в полуконтактном режиме.

5. Обсуждение результатов с использованием компьютерной обработки результатов сканирования в 2D и 3D виде.

Лабораторная работа проводится на базе НИЛ нанохимии и нанотехнологии, при помощи специализированного оборудования и компьютерного обеспечения для визуализации результатов эксперимента.

Самостоятельная аудиторная работа по теме

№ п/п	Вид самостоятельной работы	Форма самостоятельной работы	Форма отчетности
1	Общая (единое задание для каждого студента группы)	Слежение за планом чтения лекции Работа с текстом (раздаточным материалом) Выполнение лабораторной работы по методическим указаниям	Составление конспекта лекции Приобретение навыков анализа текста Проведение эксперимента и его анализ в виде отчета по лабораторной работе
2	Групповая	Коллективное обсуждение материала в ходе проблемной лекции	Диалог в ходе лекции

Самостоятельная внеаудиторная работа по теме

№ п/п	Вид самостоятельной работы	Форма самостоятельной работы	Срок сдачи	Форма отчетности
1	Общая (единое задание для каждого студента группы)	Составление конспекта по литературным источникам Составление отчета по лабораторной работе	8 неделя семестра 8 неделя семестра	Конспект Защита отчета
2	Индивидуальная	Подготовка к рубежному мероприятию (коллоквиуму)	9 неделя семестра	Ответ на коллоквиуме

Перечень вопросов для самостоятельного изучения и рекомендации по выполнению заданий

Тема: «Методы исследования наночастиц, наноструктур и наноматериалов»

Вопросы для самостоятельного изучения:

1. Определение молекулярной массы углеродных нанокластеров методом масс-спектрометрии.

2. Особенности использования хроматомасс-спектрометрии для частиц в газовой фазе.

3. Возможности газовой электронографии.

4. Сущность сканирующей зондовой микроскопии.

5. Зондовые технологии в наноматериаловедении.

6. Атомно-силовая и сканирующая туннельная микроскопия.

7. Взаимодействие зонда с поверхностью.

8. Электронная сканирующая микроскопия.

Литература (номера источников литературы из п. 5): 1 (основная), 11-14, 19, 22-24 (дополнительная).

Вопросы для самопроверки:

1. Обзор физических методов исследования наночастиц в газовой фазе.

2. Применение метода хроматомасс-спектрометрии в нанотехнологии.

3. Применение метода газовой электронографии в нанотехнологии.

4. Пробоподготовка наночастиц для проведения анализа.

5. Как устроен сканирующий зондовый микроскоп?

6. В чем состоит отличие сканирующей туннельной микроскопии и атомно-силовой микроскопии?

7. Как необходимо готовить пробы неорганических, органических, биологических материалов для СЗМ?

8. Порядок работы на СЗМ NanoEducator.

9. Сравните сканирующую зондовую и сканирующую электронную микроскопию.

Форма текущего контроля по теме: «Методы исследования наночастиц, наноструктур и наноматериалов»

Материалы текущего контроля:

Примерные тестовые задания:

1. Кроме сканирующей зондовой микроскопии, для определения размера наночастиц на твердой поверхности часто используют метод

a: электронной микроскопии

b: ИК-спектроскопии

c: рентгенофлюоресцентного анализа

d: ЯМР

2. Какой метод лучше всего использовать для определения кристаллической структуры поверхностных наночастиц?

a: РФА

b: ИК-спектроскопия

c: Оже-спектроскопия

d: ЯМР

3. Какой из этих сканирующих зондовых микроскопов был создан первым?

a: сканирующий туннельный микроскоп

b: атомно-силовой микроскоп

c: магнитно-силовой микроскоп

d: электросиловой микроскоп

4. Какой из этих сканирующих зондовых микроскопов сможет получить доменную структуру поверхности никеля?

a: магнитно-силовой микроскоп

b: атомно-силовой микроскоп

c: сканирующий туннельный микроскоп

d: электросиловой микроскоп

5. Укажите разрешающую способность СЗМ NanoEducator по оси Х и Y.

a: 50 нм

b: 1 нм

c: 4 нм

d: 100 нм

6. В каком режиме работает СЗМ NanoEducator?

a: полуконтактный

b: безконтактный

c: динамический

d: контактный

7. Вставьте пропущенное слово: «Гибкая консоль, которая изгибается в соответствии с рельефом поверхности и на которой закреплен зонд, называется …».

8. Вставьте пропущенное слово: «Режим исследования поверхности твердого тела, при котором зонд при движении находится на одном и том же расстоянии от поверхности, т.е. повторяет ее рельеф, называется режимом постоянной …»