Примеры использования нанотехнологий для целенаправленного изменения свойств поверхности изделий

Области применения нанотехнологии в инженерии поверхности

1. Износостойкие и антифрикционные покры­тия, краски с наночастицами, самоочищающиеся фильтры, самоочищающиеся стекла и другие при­менения в автомобилестроении;

2. Ультратонкие барьерные слои и оксинные пленки, 50-нанометровая и менее литография, са­моорганизующиеся молекулярные структуры рези-стов для наномасштабной топологии и т.п. в электронике;

3. Биосовместимые материалы в медицине;

4. Наноструктурированные материалы и покры­тия с уникальным сочетанием физико-механиче­ских свойств в машиностроении;

5. Антиотражающие тонкие пленки для диспле­ев, линз и т.п., антиотражающие нанопористые по­лимерные пленки, солнечные батареи на ультратонких слоях для оптико-электронных применений;

6. Нано-, микроинтерфейсы: микрореакторы, сенсоры ("электронный нос", "электронный язык" и др.).

· Магнитная запись с террабитной плотностью получена на основе наноструктурированных пле­нок CoCuPt, FeCoB и др. с размерами зерен 7...8 нм.

· Эффект гигантского магнитного сопротивления (ГМС) в слоистой магнитной наноструктурной системе Со/Сu зависит от толщины и количества слоев (толщина Со варьировалась от 2 до 20 нм, толщина Сu - фиксированная - 2,5 нм).

· Сверхтонкая (10...30 нм) пленка Сr для защиты металлической посуды обладает лучшими, чем тра­диционное хромирование, свойствами и сущест­венно экономичней благодаря размеру зерен 3...5 нм с беспорядочной ориентацией, встроенны­ми между крупными (40...100 нм) зернами.

· В качестве примера можно привести также структуру вольфрамо-рениевого зеркала, работающего в рентгеновском диапазоне длин волн — одного из важнейших элементов лазера, излучающего в рент­геновском диапазоне длин волн [6]. Для длины вол­ны ~ 3 нм (мягкий рентген) толщина каждого слоя такой интерференционной структуры должна составлять 0,7нм (рис. 1).

· Еще одним примером может служить тонкопленочная структура поверхности диска реверсивной магнитооптической памяти в виде спирали с шагом 1,6 мкм, шириной дорожки 1 мкм и высотой профиля 70 нм со слоями Al, FeTbCo,Si3N4.

·

· Исследозания фрикционных свойств гидрофобных и наноструктурированных тонких пленок, применяемых в микроэлектромеханических системах (МЭМС), направлены на уменьшение адгезионного схватывания контактирующих поверхностей, управления коэффициентом трения благодаря ис­пользованию капиллярного эффекта. Исследования показали, что лучшие гидрофобные свойства проявились у кристаллической фторуглеродной пленки с ленточной наноструктурой (рис. 2).

· Газовые сенсоры. Сенсоры NО2 и СО на базе пле­нок SnO2, легированных Pt, работают на принципе изменения сопротивления в зависимости от кон­центрации газа. Газовые сенсоры на основе углеродных нано-трубок и наночастиц, встроенных в ТiО2 матрицу, пригодны для измерения концентрации СО, N02, a также токсичных газов. Углеродные нанотрубки выполняют роль полупроводника р-типа. Сенсоры озона на основе наноразмерных пленок Sn02 работают на принципе измерения электропроводимо­сти покрытия. Химические сенсоры на основе наноструктурированных золь-гель тонких пленок обладают высокой чувствительностью к па­рам отработанного масла.

· Коэффициент трения скольжения наноструктуррированного износостойкого покрытия (ИСП) на ос­нове карбида титана и алмазолодобного углерода TiC/а-C:H, нанесенного реактивным магнетронным распылением титановой и графитовой мише­ней составляет 0,07.

Рис. 1. Структура зеркала рентгеновского диапазона для длины волны 3 нм

Рис. 2. Характеристики гидрофобност и (сила отрыва Fотр и углы смачивания) кремниевой пластины без покрытия и с покрытиями