Наноматериалдардың даму болашағы және проблемалары

Ереже: Сканерлейтін туннельдік микроскопта өте жақын орналасқан зонд пен өткізгіш үлгі арасындағы электрондық туннельдеу тіркеледі. Ток арақашықтық пен электрондық күйге сезімтал.

Қолдану: Шартта сигналдың табиғаты анық берілген: бұл механикалық күш емес, туннельдік ток. Сондықтан аспапты суретінің сыртқы түрімен емес, тіркейтін физикалық шамасымен ажыратамыз.

Қате нұсқалар: A) Электрондық шоқ микроскопиясында сигнал шоқтың үлгімен әсерлесуінен алынады; зонд-үлгі туннельдік тогы басқа әдіс.

B) Масс-спектрометр иондардың масса/заряд қатынасын талдайды; берілген беттік сканерлеу тәсілі емес.

C) Күштік режим зондқа әсер ететін күшті тіркейді; шарттағы негізгі сигнал — туннельдік ток.

D) Оптикалық микроскоп линзалармен жарық кескінін қалыптастырады; шарттағы туннельдік токты тіркемейді. Ишара: Өлшенетін сигнал ток па, күш пе — осы белгі аспапты ажыратады.

Ереже: Атомдық-күштік микроскоп зонд пен бет арасындағы күштік әсерлесуді пайдаланады. Сол себепті ол өткізгіш үлгілермен қатар оқшаулағыш беттерді де зерттей алады.

Қолдану: Полимер ток өткізбейді, бірақ зондпен күш арқылы әсерлеседі. Сондықтан атомдық-күштік әдіс таңдалады; электрөткізгіштік талабы аспаптардың мүмкіндігін ажырататын негізгі белгі болып отыр.

Қате нұсқалар: A) Оқшаулағыш арқылы ток өткізу бедерді тікелей бермейді және берілген талапқа сай емес.

B) Оның қалыпты жұмысында өткізгіш жол мен туннельдік ток қажет; таза оқшаулағыш бұл шартты орындамайды.

C) Жұтылу спектрі заттың оптикалық қасиетін сипаттайды; беттің жергілікті биіктіктерін тікелей және бірмәнді бермейді.

E) Жалпы масса беттің нүктелік биіктіктері мен нанобедерін анықтамайды. Ишара: Бетпен әсерлесу үшін токтың өтуі міндетті емес әдісті таңда.

Ереже: Серпімді тіректің аз иілуінде күш модулі Гук заңымен F = kx табылады. Өлшемдерді ХБЖ-ға келтіргенде Н/м мен метр көбейіп ньютон шығады.

Қолдану: Иілу x = 5,0·10⁻⁹ м. F = 0,40·5,0·10⁻⁹ = 2,0·10⁻⁹ Н = 2,0 нН. Тіректің өте аз иілуі наноөлшемді күшті бағалауға мүмкіндік береді.

Қате нұсқалар: A) 5/0,40 қатынасы күш емес; берілген заң бойынша kx есептеледі.

B) Нанометрді метрге аударуда немесе ондық көбейткіште он есе қате кеткен.

C) Серіппе қатаңдығын иілуге бөлген; Гук заңында күш олардың көбейтіндісі.

E) Нано мен милли қосымшалары миллион есе өзгеше; 5 нм = 5·10⁻⁹ м. Ишара: Қатаңдықты метрге айналдырылған иілуге көбейт.

Ереже: Екі шеті қоса алынған N біркелкі нүкте N − 1 аралық түзеді. Сканерлеу қадамы жалпы ұзындықты аралық санына бөлу арқылы анықталады.

Қолдану: 101 нүкте арасында 100 аралық бар. Ұзындық 1,0 мкм = 1000 нм, сондықтан қадам 1000/100 = 10 нм. Нүкте саны мен аралық санын ажырату есептің негізгі бөлігі.

Қате нұсқалар: A) 1000 нм ұзындықты 1000 аралыққа бөлгенге сәйкес; шартта 100 аралық ғана бар.

B) 101 нүкте арасында 100 аралық бар; ұзындықты нүкте санына бөлу шеткі нүктелерді ескермейді.

D) 1,0 мкм = 1000 нм, ал аралық саны 100; он есе артық нәтиже алынған.

E) Нүкте саны ұзындық бірлігі емес; оны тікелей нанометрмен жауап етуге болмайды. Ишара: Үш нүкте тек екі аралық жасайтынын мысалға алып тексер.

Ереже: Экспоненциалдық модельде екі токтың қатынасын бөлгенде I₀ қысқарады: I₂/I₁ = e⁻²ᵏΔᵈ. Өсу не кему арақашықтық өзгерісінің таңбасына байланысты.

Қолдану: Зонд алыстағандықтан Δd = +0,10 нм. Көрсеткіш −2·5·0,10 = −1, демек I₂/I₁ = e⁻¹ ≈ 0,37. Ток бастапқының шамамен 37%-ына дейін төмендейді.

Қате нұсқалар: A) Арақашықтық өзгерісі модельде токты өзгертеді; оны елемеу берілген тәуелділікке қайшы.

B) Арақашықтық өскенде көрсеткіш кемиді; таңбаны ауыстыру токтың қате өсуін береді.

D) Көрсеткіштегі 2 көбейткіші түсіп қалған; шартта −2kΔd берілген.

E) 2·5·0,10 = 1, екі емес; көрсеткіштің сандық мәні қате есептелген. Ишара: Токтарды бөл; абсолют арақашықтық емес, оның өзгерісі ғана қалады.