Юрий Евдокимов
Тонкие пленки, как правило, прозрачны, и их не то что подцепить, увидеть-то нелегко.
Источник: nanotechnologytoday.blogspot.com
Ученые из Массачусетсткого технологического института (США) измерили силу взаимодействия между двумя белками, используя молекулярный пинцет... из пучков лазера. С помощью созданного ими инструмента они оттягивали два индивидуальных белка друг от друга. Результаты этой экспериментальной работы опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Насколько точным и чувствительным оказался данный метод, можно судить хотя бы по такому факту: оказалось, что для разрыва связей между молекулами белка нужно усилие от 40 до 80 пиконьютонов. Ньютон – сила, которая сообщает телу массой один килограмм ускорение, равное одному метру на секунду в квадрате. Один пиконьютон равен 10-12 ньютонов. Красивый, но, казалось бы, бессмысленный эксперимент.
Однако при формировании слоев микро- и нанопленок на различных поверхностях, прилипании частичек малых размеров и порошков к материалам разного рода (например, в фильтрах), формировании нанопроводов, изготовлении наночипов, сенсоров, в процессах фотолитографии, при налипании вулканической пыли к двигателям и корпусу самолетов, радиоактивной пыли к самым различным объектам – во всех этих ситуациях исследователи сталкиваются с проблемой оценки адгезионной прочности прилипания (АП). Другими словами, ученым и технологам необходимо знать, как прочно взаимодействуют контактирующие тела между собой.
Для микро- и наносоединений – с этим целая проблема. Тонкие пленки, как правило, прозрачны, и их не то что подцепить, увидеть-то нелегко. Поэтому было предложено использовать так называемые растровые сканирующие микроскопы (атомно-силовые – АСМ, туннельные–сканирующие – ТСМ и другие). Созданы даже нанопинцеты (лазерные, оптические), позволяющие подцепить молекулы и манипулировать ими. Как раз их-то использовали в своем эксперименте американские ученые.
На растровых микроскопах можно оценить силу, необходимую для разрыва, например, молекулы ДНК, и силу, необходимую на отрыв ее от поверхности слюды, на которой она адсорбирована. Более того, процесс нарушения адгезионной прочности АП можно снимать в реальном масштабе времени на видеопленку, то есть наблюдать процесс нарушения адгезионного соединения в «динамике».
Казалось бы, возможностей зондовой аппаратуры более чем достаточно.
И топографию поверхности они позволяют охарактеризовать, и наблюдать оставшиеся на подложках следы неоторвавшихся участков тонких пленок (для нанопорошков, пыли и наночастичек все испытания по оценке АП сводятся к нормальному отрыву), и размеры образцов определить┘ Но и этого мало. Совершенствование измерительной аппаратуры не остановить.
В США спроектировали и изготовили систему FIRAT (новый тип атомно-силового микроскопа), позволяющую получать изображение рельефа образца, оценивать энергию (карту) адгезии, прочностные и химические характеристики, вязкость, эластичность, твердость и другие показатели. И все это – за более короткое время при более высоком разрешении.
Но кроме разрушающих методов, есть немало способов неразрушающего контроля адгезионной прочности. В их основе – воздействие на адгезионные соединения ультразвуком, лазерным и рентгеновским излучением, акустическими волнами, внешними электрическими и магнитными полями.
