Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.abitu.ru/en2002/closed/viewwork.html?thesises=119 Дата изменения: Fri May 5 15:24:35 2006 Дата индексирования: Tue Oct 2 03:18:30 2012 Кодировка: koi8-r Поисковые слова: п п п п п п п п п п п п п п п п п п п

Уже в конце XIX века стало ясно, что световой (оптический) микроскоп
практически исчерпал свои конструктивные и физические возможности. Получить
на нем увеличение объектов более 2000 крат и, что наиболее существенно,
разрешение менее 2000-3000 ангстрем невозможно. В это же время быстрое
развитие электронной оптики показало, что наиболее перспективна электронная
микроскопия, теоретически позволяющая достигать увеличения в десятки
миллионов крат и разрешения до 0.1 ангстрема. Однако, воплощение этой идеи
в конструкцию, способную устойчиво работать и давать электронное
изображение с высоким разрешением потребовало более пятидесяти лет. При
этом возникало и возникает немало серьезных проблем, не нашедших
основательного рассмотрения в открытой печати.
Это и определило цель настоящей работы. Рассмотрению истории развития
электронной микроскопии и систематизации методов ее исследования и
посвящен настоящий реферат.
В 30-х годах ХХ века в Германии под руководством Эрнста Руска, в
будущем лауреата Нобелевской премии, был сконструирован первый электронный
микроскоп. В Советском Союзе почти одновременно была разработана и
изготовлена модель электронного микро -скопа под руководством академика
А.А.Лебедева. Оба прибора оказались весьма громозд- кими и сложными в
эксплуатации. Достаточно надежные модели электронных микроскопов появились
только в начале 60-х годов. К этому времени были разработаны методы и прибо
-ры по подготовке объектов к просмотру в электронном микроскопе. Особенно
сложным оказалось получение ультратонких срезов, толщина которых должна
была составлять 600-700 ангстрем (1А=10-7 мм).Следует отметить, что к этому
периоду на уровне светового микроскопа клетка была изучена довольно полно и
казалось, что ничего принципиально нового уже получить нельзя. В 1951 г.
академик А. И. Опарин писал, что "благодаря большому фактическому материалу
... может быть вполне реально поставлена задача построить, создать живые
организмы". Уже первые электронно-микроскопические исследо- вания клеток
растений и животных показали, насколько беспочвенным было подобное
заявление. Перед цитологами открылся совершенно новый, чрезвычайно сложный
мир ультраструктурной организации клетки. Электронный микроскоп позволил
исследователю проникнуть в субклеточный, а затем и субмолекулярный уровень
организации живой материи.Прежде всего была установлена определенная связь
ультраструктуры клетки с ее функциональной нагрузкой. Так, наличие большого
количества хлоропластов свидетельствует о фотосинтетической активности
данной ткани, насыщен- ность цитоплазмы каналами гранулярного ретикулума и
рибосомами - о синтезе белков, скопление митохондрий - о высоком
энергетическом потенциале, структур аппарата Гольджи - о синтезе
полисахаридов , идущих на построение клеточных стенок и т.д.
К концу ХХ века большинство клеток и тканей растений и животных в норме
были хорошо изучены, составлены десятки атласов растительных и животных
клеток и тканей, медицин -ских каталогов и т.д. Однако , динамика
ультраструктурных перестроек клеток при воздействии экстремальных факторов
внешней среды, при различных стрессовых ситуациях, при проникновении в
клетку ряда патогенов, в том числе вирусных и микроплазменных, во многом
еще не изучены с достаточной степенью детальности. А именно
ультраструктурные перестройки являются надежными диагностическими
признаками состояния клеток.
В настоящей работе проведено сопоставление возможностей применения обычного
просвечивающего микроскопа,растрового электронного микроскопа и растрового
туннельного микроскопа для изучения материалов; рассмотрены техника
электронной микроскопии и физические основы электронной оптики,Большое
внимание в реферате уделено быстрому и эффективному методу контроля
различных параметров материалов на основе микрокатодолюминесценции .
Благодаря высокой локальности и универсальности при возбуждении различных
материалов,этот метод успешно применяется для исследования их
излучательных характеристик .Помимо изучения спектров катодолюминесценции ,
визуализации рекомбинационно-активных дефектов,исследований однородности
распределения примесей,метод позволяет определять электрофизические
параметры (скорость поверхностной рекомбинации,длину диффузионного
смещения,коэффициент поглощения и т.д.) в локальных участках материалов.
Работы в данном направлении стремительно развиваются.В Институте
электрофизики и конструкторском бюро научного приборостроения (СКБ НП) УрО
РАН в течение ряда лет ведутся работы по созданию установок импульсно-
периодического действия для преобразования энергии пуков электронов в
мощное микроволновое излучение. Созданы ускорители для получения
сильноточных пучков наносекундной длительности, имеющие широкие области
применения: физика плазмы, генерация мощного электромагнитного излучения,
радиационные технологии. Разработан новый класс ионных источников,
находящих применение в современных технологиях нанесения защитных покрытий
на лопатки турбин авиационных двигателей (Уральский завод гражданской
авиации).В том же Институте электрофизики УрО РАН разработан оригинальный
анализатор конденсиро- ванных сред, действие которого основано на новом
физическом явлении - импульсной катодолюминесценции (в миллион раз более
яркой, чем стационарная катодолюминесцен- ция). Прибор предназначен для
неразрушающего анализа диэлектрических и полупровод -никовых веществ
непосредственно в воздушной среде и при комнатной темпе ратуре. Позво- ляет
определить: минеральный вид и микроминеральный состав вещества, наличие и
содер- жание в нем примесных и собственных дефектов, структуру этих
дефектов, природу вещест- ва. Благодаря широкому кругу анализируемых
веществ, простоте подготовительных опера -ций, малому времени анализа и
высокой чувствительности к дефектам, анализатор может найти широкое
применение при исследовании физических явлений в твердых телах, выра
-щивании кристаллов и производстве стекла, в минералогии, геологоразведке,
особенно редких и драгоценных минералов, горнодобывающей промышленности и
других областях.
Круг задач,решаемых с помощью электронной микроскопии, необычайно
широк.Очень перспективным является ее использование и при исследовании
углеродных нанотрубок. Специалисты IBM и раньше изготавливали транзисторы
из нанотрубок размером в 500 раз меньше, чем нынешние на основе кремния. А
вот теперь им удалось найти способ, позволя- ющий сделать такое
производство массовым.В дальнейшем предстоит выяснить, смогут ли новые
транзисторы заменить нынешние на основе кремния. Это важный этап в подборе
материала для изготовления новых процессоров, которые должны прийти на
смену кремни- евым моделям, когда последние уже нельзя будет сделать
меньше. Как полагают изготови -тели процессоров, с этой проблемой они
столкнутся через 10-20 лет.Исследователи заинтересовались углеродными
нанотрубками из-за их электропроводности, которая оказалась выше, чем у
всех известных проводников. Они также имеют прекрасную теплопроводность,
стабильны химически, отличаются чрезвычайной механической прочностью (в
1000 раз крепче стали) и, что самое удивительное, приобретают
полупроводниковые свойства при скручивании или сгибании. Для работы им
придают форму кольца.Применяя технологию выборочного разрушения, можно
контролировать размер углеродной нанотрубки, что позволяет строить
нанотрубки с заранее заданными электрическими свойствами, отвечающими
требуемым характеристикам электронных устройств. Нанотрубки можно
использовать как провода с наноразмерами или активные компоненты в
электронных устройствах: например, как полевые транзисторы (транзисторы на
основе полевого эффекта). Понятно, что в отличие от полупроводников на
основе кремния, требующих создания проводников на основе алюминия или меди
для соединения полупроводниковых элементов внутри кристалла, в этой
технологии можно обойтись только углеродом. Углеродная революция станет не
просто следующим этапом развития вслед за кремниевой, а выведет
полупроводниковые технологии на качественно новый уровень. Это даст нам
новый класс микросхем гораздо меньшего размера и большей
производительности. Применение им найдется буквально везде. Мы получим
большие частоты при гораздо меньших размерах и гораздо меньшем
энергопотреблении. Кроме того, скорее всего они будут более технологичны в
производстве, т. к. не потребуют других материалов, кроме углерода.