Перспективні рішення щодо автоматизації методів вимірювання в нанометричному діапазоні

В’ячеслав Якович  Павленко; Світлана Василівна  Шорнікова; Світлана Василівна Лук’янюк; Сергій Юрійович  Чайковський

doi:10.26642/ten-2021-2(88)-50-54

Автор(и)

В’ячеслав Якович Павленко Український науково-дослідний інститут спеціальної техніки та судових експертиз Служби безпеки України, Україна https://orcid.org/0000-0003-0925-4173
Світлана Василівна Шорнікова Український науково-дослідний інститут спеціальної техніки та судових експертиз Служби безпеки України, Україна https://orcid.org/0000-0002-9038-2457
Світлана Василівна Лук’янюк Український науково-дослідний інститут спеціальної техніки та судових експертиз Служби безпеки України, Україна https://orcid.org/0000-0002-7469-8144
Сергій Юрійович Чайковський Український науково-дослідний інститут спеціальної техніки та судових експертиз Служби безпеки України, Україна https://orcid.org/0000-0002-2891-0845

DOI:

https://doi.org/10.26642/ten-2021-2(88)-50-54

Ключові слова:

наноматеріали, нанометрологія, вимірювання розмірів, автоматизація, програмне забезпечення

Анотація

У статті наголошено, що нанометрологія є невід’ємною складовою нановиробництва, а світовий ринок наноматеріалів активно розвивається і його ємність у 2019 р. оцінювалася в 8,5 млрд дол. США з перспективою зростання на 13,1 % на період до 2027 р. При цьому створюються нові перспективні нанотехнології і наноматеріали. А це вимагає розвитку системи нанометрології. Вважається, що система нановиробництво – нанотехнологія має розв’язувати такі задачі: автоматичне інтелектуальне вимірювання з допомогою числового програмного управління (ЧПУ) з вбудованою міні-ЕОМ; автономне або онлайн програмування вимірювальних інструментів ЧПУ з вбудованою міні-ЕОМ; автоматизована заміна заготовок і виробів; автоматизована заміна зондів і датчиків; автоматизована оцінка результатів вимірювань. У світі створена та використовується велика гама електронних мікроскопів для оцінки геометрії нановиробів. Проте розвиток нанотехнологій вимагає оснащення їх автоматизованими системами та відповідним програмним забезпеченням. Створено експериментальний автоматизований прилад (інтерференційний профілометр) та програмне забезпечення для безконтактного вимірювання мікро- та нанотопографії поверхні виробу, її тривимірного представлення, визначення показників шорсткості та параметрів сканування. Розроблено автоматизовану систему вимірювання і контролю для атомно-силової мікроскопії (АСМ), яка має удосконалений блок контролю систем позиціонування лазерного променя на зонд АСМ. Одним із напрямів автоматизації лінійних вимірювань у нанометрології є використання еталонів порівняння, а для цього необхідне відповідне корегування державних стандартів нанометрології. Проведений аналіз опублікованих матеріалів свідчить про певні позитивні результати у справі автоматизації нановимірювань у середовищі нановиробництва. Проте очевидно, що цей напрям діяльності потребує збільшення фінансування та нових ідей для забезпечення конкурентоздатності нановиробів.

Посилання

«Nanomaterials Market Size, Share & Trends Analysis Report By Product (Carbon Nanotubes, Titanium Dioxide), By Application (Medical, Electronics, Paints & Coatings), By Region, And Segment Forecasts, 2020–2027» (2020), 113 р., [Online], available at: https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/nanotechnology-and-nanomaterials-market

Kvasnikov, V.P. and Katajeva, M.O. (2021), «Analiz i klasyfikacija metrologichnogo zabezpechennja vymirjuvan' rel'jefu nanoob’jektiv», Visnyk Cherkas'kogo derzhavnogo tehnologichnogo universytetu, No. 1, pp. 50–58.

Instrumentation and Metrology for Nanotechnology (2004), Report of the National Nanotechnology Initiative Workshop, Gaithersburg, MD, 188 р.

Bauer, J.M., Bas, G., Durakbasa, N.M. and Kopacek P. (2015), Development Trends in Automation and Metrology. International Federation of Automatic Control, IFAC- Hosting by Elsevier Ltd, рр. 168–172.

Guo, P. (2004), «Determination of Size, Distance and Stoichiometry using Nanoscale Measurement Techniques», Instrumentation and Metrology for Nanotechnology, Report of the National Nanotechnology Initiative Workshop, 137 р.

Durakbasa, N.M., Bas, G., Bauer, J.M. and Kräuter, L. (2013), «Development of an Advanced Metrology and Intelligent Quality Management as a Strategic Approach in Manufacturing Industry», 11th International Symposium on Measurement and Quality Control 2013, September 11–13, Cracow-Kielce, Poland, 4 р.

Glotzer, S.C. (2004), «Computational Science in Nanometrology», Instrumentation and Metrology for Nanotechnology, Report of the National Nanotechnology Initiative Workshop, January 27–29, рр. 134–135.

Commission Recommendation of XXX on the definition of nanomaterial (Text with EEA relevance) (2011), Brussels, XXX, 6 р.

Blackman, G.S., Doraiswamy, K.C. and Freilich, S.C. et al. (2004), «Future Needs for Nanometrology and Grand Challenges for Responsible Commercialization of Nanotechnology», Instrumentation and Metrology for Nanotechnology, Report of the National Nanotechnology Initiative Workshop, January 27–29, рр. 132–133.

Zakijev, V.I. (2019), «Prylad bezkontaktnogo vymirjuvannja geometrychnyh parametriv poverhni vyrobiv metodom interferometrii'», Ph.D. Thesis of dissertation, Nacional'nyj aviacijnyj universytet MON Ukrai'ny, Kyi'v, 191 p.

Bondarenko, M.O. (2019), «Rozvytok metodiv ta zasobiv atomno-sylovoi' mikroskopii' dlja nerujnivnogo kontrolju harakterystyk komponentiv mikrosystemnoi' tehniky», Abstract of D.Sc. dissertation, Kyi'v, 44 p.

Todua, P.A. (2011), «Nanometrologija – kljuchevoe zveno infrastruktury nanotehnologij», Trudy MFTI, Vol. 3. No. 4, pp. 81–96.

Kovshov, S.B. and Kupko, V.S. (2014), «Rasshirenie gosudarstvennoj poverochnoj shemy dlja sredstv izmerenija dliny v nanometrovom diapazone», Metrologіja – 2014, рр. 356–359, [Online], available at: http://www.metrology.kharkov.ua/fileadmin/user_upload/data_gc/conference/M2014/pages/07/2.pdf

Zadorozhnij, R.O. (2010), «Metody ta modeli pidvyshhennja tochnosti vymirjuvannja geometrychnyh rozmiriv ob’jektiv zondovymy mikroskopamy», Abstract of Ph.D. dissertation, Nacional'nyj naukovyj centr «Instytut metrologii'», Harkiv, 20 р.

Verleysen, E., Wagner, T. and Lipinski, H.G. (2019), «Evaluation of a TEM based Approach for Size Measurement of Particulate (Nano)materials», Materials (Basel), Vol. 12, Issue 14, 20 p., [Online], available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6679035/