Sərbəst iş №1 Nanotexnologiya və onun inkişaf prespektivləri

Sərbəst iş №8
Nanokompozit quruluşlar və onların alınması
Müasir elektronikanın funksional qurğularının ölçülərinin azaldılması bəzi problemlərə gətirib çıxarmışdır ki, onlar yalnız texnoloji məhdudiyyətlərlə deyil, həm də nanoquruluşlara aid olan yeni fiziki hadisələrlə əlaqədardır. Kiçik ölçülü elektron cihazlarının işləməsi zamanı əsas həlledici rolu ölçü effektləri oynayır. Bu isə öz növbəsində ifratminiatür tranzistorların, yaddaş yuvacıqlarının, maqnit və elektrik sahələri sensorlarının işlənib hazırlanmasında yeni imkanlar açır. Kiçikölçülü kondensəolunmuş bərk cisim quruluşunu yaratmaq üçün iki yaxınlaşma var. Birincisi, texnoloji üsulları yaxşılaşdırmaqla səthin emalı zamanı ifratyüksək ayırdetmə əldə etmək olar, daha doğrusu elementlərin ölçülərini daim kiçiltməklə kiçik ölçülü cihazlar almaq olar. 20-ci əsrin mikroelektron texnologiyası məhz bu yolla inkişaf etdirilirdi. İkincisi, ayrı-ayrı atomlardan alınan nanoquruluşların yaradılmasının fiziki qanunauyğunluqlarından istifadə etmək olar. Belə perspektiv yaxınlaşmanın elmi əsasları hələ indi öyrənilir.
Nanokompozitləri də bu tip strukturlara aid etmək olar.
Nanokompozitlər (Nanocomposites) – elə materiallardır ki, nanoölçülü hissəciklərin (dolduran) struktur yaradan bərk fazaya (matrisaya) daxil edilməsi zamanı formalaşır. Nanokompozitlər adi kompozisiya materiallardan onunla fərqlənir ki, nanohissəciklərin tutduğu səthin sahəsi daha böyükdür. Ona görə də səth/həcm nisbəti nanoölçülü hissəciklər üçün daha çox əhəmiyyət daşıyır. Bununla əlaqədar, nanokompozitlərin xassələri adi kompozision materiallarla müqayisədə nanoölçülü hissəciklərin morfologiyasından və səthlə faza sərhəddində komponentlərin qarşılıqlı təsirindən asılıdır. Əsas şərt ondan ibarətdir ki, nanoölçülü hissəciklər 1-100 nanometrik diapazonda yerləşən ən azı bir konkret həndəsi ölçüyə (uzunluğa, enə və ya qalınlığa) malik olmalıdır. Nanoölçülü hissəciklər ərinti şəklində olan matrisaya (metal və ya polimerə) az miqdarda daxil edildiyindən, ərinti soyudulan zaman matrisa materialının strukturundan fərqli struktur formalaşır. Bu zaman alınan nanokompozitin mexaniki davamlılığı kəskin artır. Nanoölçülü hissəciklərin nanoquruluşa malik olan materiallardakı miqdarı 5 kütlə.%-dən çox olmur.
Kompozision nanomaterialların xassələrinə nanohissəciklərin təsir xarakteri və onların istifadə istiqaməti, nanohissəciklərin daxil edildiyi matrisa materialından asılıdır. Bu mənada bütün kompozit nanomaterialları onun tərkibində olan nanohissəciklərin miqdarından asılı olmayaraq aşağıdakı kimi təsnifata bölmək olar׃

1.Polimer matrisalı nanokompozitlər

2.Metal matrisalı nanokompozitlər
3.Şüşə matrisalı nanokompozitlər
4.Keramik nanokompozitlər
5.Hibrid nanokompozitlər və kompozit nanomateriallar
6.Qalın təbəqəli örtüklər
7.Nazik təbəqəli örtüklər

Nanokompozitlərdə praktiki baxımdan bir çox elmi nəticələr alınmışdır. Xüsusən qiqant maqnit rezistiv effekti (xarici maqnit sahəsinin elektrik müqavimətinə güclü təsiri) qeyd etmək lazımdır. Bu effekt əsasında artıq maqnitorezistiv yaddaş qurğuları hazırlanır, spin prosessorları, matrisalı sensor sistemləri və elektron texnikasının digər elementləri layihələndirilir.

Nəzərə alsaq ki, nanohissəcik eyni növ çox az sayda atomlardan təşkil olunmuşdur və stabil deyil, onda bu baxımdan yalnız nanohissəcik əsasında cihaz və ya qurğunun yaradılması çox problematikdir. Ona görə də hal-hazırda elə konfiqurasiyalar və struktur halları axtarılır ki, nanohissəcik stabil olmaqla yanaşı həm də öz qeyri- adiliyini saxlasın. Belə perspektiv istiqamətlərdən biri başqa materialdan olan matrisaya yerləşdirilmiş və materialın nanohissəciklərilə qarşılıqlı təsirdə olmayan metal nanohissəciklərdən yaradılmış kompozision nanostrukturlardır. Bu halda normal temperaturlarda nanohissəciyin stabilliyini əldə etmək olar. Belə dənəvər strukturlar adi materiallardan fərqli olan bir çox fiziki xassələrə malik olur. Məsələn, dielektrik və ya metal matrisada təsadüfi paylanmış ferromaqnit metal hissəciklərdən ibarət olan dənəvər kompozitlər qiqant maqnit müqavimətinə malik olur. Bundan başqa metal-dielektrik kompozisiyasında elektrik müqavimətini dəyişmək imkanları yaranır (altı və ondan yuxarı tərtibdə).
Nanokompozit strukturların alınması çox da asan məsələ deyil. Metalın hissəcikləri bir neçə nanometr tərtibində olmalıdır. Matrisa isə onları 0,5-2 nm ölçülü körpücüklərlə bir-birindən ayırmalıdır.
Nazik təbəqəli metal-dielektrik kompozisiyasını almaq üçün uyğun tərkibli hədəf tozlandırılır və atomlar altlıq üzərinə göndərilərək, orada lazımi nanoquruluş alınır. Hədəf materialının tozlandırılması vakuumda ion mənbələrinin köməyilə aparılır. Bu mənbələr sistemdən arqon atomlarını ionlaşdırır, onları sürətləndirir və yüksək enerjili ionları nazik dəstə şəklində tozlandırılan hədəfə istiqamətləndirir

1- vakuum kamerası, 2- fırlanan altlıqtutqacı, 3,4- su ilə soyudulan

hədəf, 5- ion-şüa səpilməsi mərkəzi, 6- ion aşındırma mərkəzi,
7- kompensator, 8- altlıq.

5- mənbələri strukturun metal və dielektrik komponentlərini tozlandırmaq, 6- mənbəyi isə altlığı təmizləmək üçün istifadə edilir. Vakuum kamerasının perimetri boyunca 2-altlıqtutqacı yerləşdirilir. Tutqac 2dövr/dəq sürətlə fırlana bilir. Dielektrik materialı tozlandırıldıqda onun səthi üzərində yaranan müsbət potensialı neytrallaşdırmaq məqsədilə intensiv elektron şüalanmasından istifadə edilir, bu kompensator adlanır-7. Nanokompozitlərin alınması zamanı əksər hallarda mürəkkəb hədəfdən istifadə edilir. O, üzərinə qalınlığı 2mm, eni isə 9 mm olan bir neçə kvars (SiO2) və ya aliminium oksid (Al2O3) lövhələri birləşdirilmiş məlum tərkibli metal ərintidən ibarətdir. Lövhələr arasındakı məsafə hədəfin kənarlarından asılı olaraq 3mm-dən 24mm-ə qədər dəyişə bilər ( şəkil 2). Dielektrik lövhələrinin sayını və onlar arasındakı məsafəni dəyişməklə tozlandırılan metal və dielektrik komponentlərin həcmi nisbətlərini dəyişmək olar ki, bu da lazımi tərkibli kompozit materialı almağa imkan verir. Nanokompozitin komponentlərinin seçilməsində əsas şərt onların biri-birlərində həll olmamasıdır. Əgər komponentlər biri-birlərində həll olarsa, onda bir komponentin nanodənələrinin digər komponentin matrisasında alınması imkanları praktiki olaraq sıfra bərabərdir.

Lövhələri monokristal kvarsdan-(2), əsası metal ərintidən (1) ibarət olan
mürəkkəb hədəfin maketi.

Digər əsas parametr səth enerjisidir. Əgər nanokompoziti hazırlanan materiallar təxminən eyni səth enerjisinə malikdirlərsə, onda atomların altlıq üzərində kondensasiyası zamanı müstəvi yaranması əmələ gəlir. Ona görə də normal kompozitin alınması üçün komponentlərin səth enerjiləri biri-birindən kəskin fərqlənməlidir. Məsələn, metal elementlər və onların ərintiləri nanodənələri dielektrik matrisa tərkibində çox asan alınır, çünki əksər metalların səth enerjisi 1500-2000 mC/m2, SiO2 və Al2O3 oksidlərində isə 500-600 mC/m2 intervalında dəyişir. Arqon ionları vasitəsilə altlıq üzərinə tərkibi hədəf tozlandırıldıqda, hər iki komponentin atomları eyni vaxtda düşür və onlar qarşılıqlı təsirdə olmadığından öz atomları ətrafında qruplaşır. Nəticədə, səth enerjisi böyük olan komponent digər komponentin matrisası daxilində sferik forma alır. Göründüyü kimi, kompozitin alınması çətin bir proses olsa da, mürəkkəb fiziki texnoloji əməliyyatın köməyilə bunu etmək mümkün olur.