§11. Исследования, включающие работу на приборе NanoEducator le

11.1 Прибор NanoEducator le

Nanoeducator LE — это комплекс приборов и методик для тех, кто делает первые шаги в наномир. Основой его является сканирующий зондовый микроскоп, который дает возможность получить изображения того, что невозможно увидеть даже в оптический микроскоп.

Nanoeducator LE предназначен для обучения основам нанотехнологий, но может быть использован и при выполнении научных работ.

Главные особенности прибора:

• Простота в работе, отсутствие сложных настроек и юстировок

• Дружественный интерфейс

• Пошаговая настройка СЗМ методик

• Зонд, который можно изготовить самостоятельно и восстановить

• Наличие учебных пособий и дополнительного оборудования

• Программное обеспечение, включающее «виртуальный прибор»- ДЕМО- версию, позволяющую пройти все этапы работы без включения прибора

• Комплектация прибора необходимыми для учебного процесса тест-объектами

• Хорошая защита от поломок

• Наглядность, анимационное обучение

• Простая смена образца

• Недорогие расходные материалы

Образовательный процесс с использованием Nanoeducator LE направлен на освоение основ работы в режимах Сканирующей Зондовой Микроскопии, приобретение навыков исследования нанообъектов и наноструктур, проведение зондовой нанолитографии и наноманипуляций.

Основные СЗМ методики

АСМ, «Полуконтактный» метод

• Отображение рельефа

• Отображение дифференциального контраста

• Отображение фазового контраста

• Силовая спектроскопия

• Динамическая силовая литография

СТМ

• Отображение рельефа

• Отображение тока (метод постоянной высоты)

• I(Z) спектроскопия

• I(V) спектроскопия

Наличие АСМ и СТМ методик позволяет проводить исследования как проводящих, так и диэлектрических образцов. В качестве примеров можно привести:

• Биологические объекты, вплоть до ДНК

• Накопители информации (CD, DVD и матрицы для их изготовления)

• Микро и наноструктуры

• Оптоэлектронные элементы и т.д. [8]

11.2 Изучение реакции Белоусова-Жаботинского

Исследование проводилось на предметном стекле. Для проведения опыта был выбран один из аналогов реакции Белоусова-Жаботинского, а именно реакция действия лимонной кислоты на бромат калия (в присутствии навесок).

Ход работы на приборе:

Увеличение включено, заглушки открыты, винт приведен в действие, синхронизация с компьютером включена, программа для обработки результатов открыта.

Время: 5-10 с. Слабое выделение СО₂ (тор-образные объекты). Изменение цвета на красно-коричневый.

Первые 5 секунд реакции. Видимых изменений нет. Система гомогенна. Цвет желто-коричневый

Незначительное изменение цвета вызвано присутствием [Fe(phen)₂]²⁺

Время: 15-35с. Бурное выделение СО₂, цвет раствора становится красно-коричневым, это обуславливается образованием свободных радикалов

Выделение углекислого газа

Время: 35-60с. Выделение углекислого газа прекращается, цвет раствора сменяется на темно-коричневый.

Красные точки – присутствие [Fe(phen)₂]²⁺

Зависимость амплитуды колебаний, полученная на приборе NanoEducator LE, по [Ce³⁺] от концентраций исходных реагентов [BrO₃^-] и [RH] приведена на рис. 16 область существования колебаний в модели реакции Белоусова-Жаботинского. Изолинии отражают амплитуду колебаний по [Ce³⁺]. По графикам можно наблюдать достаточно беспорядочное протекание колебательной реакции, доказывающее ее самоорганизационную сущность.

Желатин (содержащий 10% дихромата калия K₂Cr₂O₇) находится на предметном стекле (застывший), система гомогенна, фазовых изменений не наблюдается.