一个开口的故事 Bashny.Net

在大学的时候，我们被告知，“科学的历史，”我记得听到一个学生谁忘了关锅和一个发现者，或者谁已经收到了苹果在他的头上一个著名的科学家，以为第二年，这是一个童话故事，和现代学不会发生这种情况。基本上，如果你看一下在物理学顶级刊物上发表，很明显，他们都 - 长硬挖一个方向的结果。 Novoselov与游戏甚至有nobelevku不是发现，正因为如此，但对于“性质的系统研究。”但是，尽管如此，开口于现代科学还是发生了，我想给大家介绍一下其中之一是他的合着者。

从一开始 - 一个小漂移到物理和纳米技术，树皮方面，我做的 - 这是微纳米摩擦学。就其本身而言，摩擦学 - 非常先进的时代，这是一家从事摩擦和磨损的科学。这似乎是在该领域是已知的 - 倾更多的润滑剂，没有摩擦。并在这里学习，从科学的角度来看，没有什么特别的。但随着小型化的发展，摩擦学已经获得了两倍的呼吸。由于宏观（倒一桶油），对微观层面的方法不工作 - 而不是因为这一切只是淹没，你也可以和奶油滴加入？

问题在于，减少运动部件的尺寸，表面的贡献。及各种表面效果，这是可以忽略不计，在宏观层面上，在微观层面上，开始占据主导地位。特别是，表面张力。因此，在一定限度后还原组分，它是不可能使用的润滑剂。而在舞台上出现干摩擦。例如，硅的干摩擦对硅的系数（微机电系统的最常见的材料）达到0.7。即发动机的容量的70％将在刚刚什么会转动转子。必须以某种方式处理它。最明显的方式 - 把对强 em>的封面，低摩擦的一些组件。由于这是一个微型组件，并且该涂层的厚度应该很小 - 通常谈论几十纳米，但也有极薄涂层的厚度为1-2纳米。原则上，有涂层可用于降低摩擦和磨损的相当数量的 - 软金属，有机分子可旋转石墨和金刚石膜。很多材料，但它们都具有一定的缺点，以及任何通用尚未发明。

从该列表中，也许，金刚石薄膜（类金刚石涂层，类金刚石）是最有名的。特别是因为他们同样可以很好地用作微观和宏观的水平。因此，现代汽车目前正在使用安装在汽车的顶级车型DLC涂层表面气门发动机。计划使用的DLC在HDD加强接合表面的流体动力轴承。你可以找到在现实生活中数以百计的其他用途的DLC，包括在叶片上进行剃须的切削刃上的涂层。在大多数情况下，在DLC涂覆用磁控管溅射 - 公知的方法和排气。但是，一如既往地有细微差别。最重要的 - 这一切都是非常昂贵的。有纯粹的技术问题，如高含量的内应力，灵敏度湿度等因此，试图使DLC更便宜，更重要的是，不要停下来。

连同从母校同事，我们已经发展了数年，可以说一种替代技术 - 用离子束，其被用作所述材料应用金刚石膜不是原子碳，和富勒烯C <分> 60 子>的分子。富勒烯被离子化，加速到5千电子伏特和捶打在衬底上。在这种情况下，分子被破坏，从非晶质结构与令人感兴趣的性质的碎片形成的。详情可参阅这篇文章 找到。这种方法有它的优点，特别是，我们的薄膜不怕湿度，并利用离子束的允许任意形状的外衣的对象是在磁控溅射的情况下，有些困难。残余应力相当高的水平 - 我们的电影的缺点。电影往往扩大到占据更大的体积比它。这会导致不愉快的后果 - 如果你把薄膜在基板上 - 基板可以弯曲。如果基板是厚的，并且膜与基板之间的密合性不够好。 - 膜刚刚剥离

我们有想法，以稀释坚实的群众DLC与柔软的东西，将弥补内部应力。并且，因为作为基体材料使用时，富勒烯和它的溶液。结果发现，如果在与基板上的离子束平行于引导分子束，其结果是一种纳米复合材料，其中所述富勒烯分子由固体无定形碳包围。正如预期的那样，应力在该薄膜的水平显著以下。一般来说，我们还没有发现任何压力。当然，薄膜的硬度也下降 - 如果从50-60京帕的离子束特性值沉积的薄膜中，纳米复合材料显示出25-30京帕。但它仍然是相当多 - 例如，单晶硅〜10GPa的硬度。乌尔问题就解决了​​。这里，在测定的硬度，并悄悄发现，这是我在一开始提到的过程。

但在此之前，我们切入正题，你需要做的另一撤退。讲述如何来测量薄膜的硬度。原则上，该方法是相同的 - 取配衡金刚石棱锥，并以一定的力被压入的表面。较软的材料，更深层去金字塔。我衡量打印的尺寸 - 得到的硬度。这一切很容易，当你必须尝试在导轨的硬度。而且它也变得困难，当涉及到薄膜的厚度为100nm。为了这个目的，我们开发了一种方法，<一href="http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D0%B8%D0%BD%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5">наноиндентирования （压痕，深度感应压痕）。底线是，我们逐渐增加的金字塔（压头）的负载，并同时固定穿透深度。通常用于装卸的线性规律。以及需要特殊的金字塔。在我们的情况下，该三角锥以100nm的尖端直径。

为“受控穿刺”的一个结果，例如，所获得的软富勒烯薄膜是这样一种曲线如下：



这里轴线X - 是压头（在纳米）的穿透深度，Y - 力施加到压头。红色箭头表示的负荷，绿色的方向 - 卸载。穿透深度取决于硬度。该材料较软时，压头穿透具有相同的负载更深。因此，弹性（杨氏模量）可以从负荷曲线的斜率计算出来。装载和卸载曲线不重合，在接触点处的塑性变形的结果。如果您在使用原子力显微镜探索的印记，你会得到这样下面的图片：


 
左 - 顶视图，右 - 沿红线和绿线部分。可以清楚地看出，压头 - 静止三角锥:)。在弹性材料，如橡胶的情况下，负载曲线将与卸载曲线重合，因为在这种情况下，只有弹性变形到一定限度时，在表面上不会当然，以及指纹。其中卸载曲线将位于比负载曲线越高，原则上，不能够的情况下。

好了，有一天，这个“不可能”和曲线记录实验（图四）：



起初我只是认为这是在仪器某种毛刺。然后再次检查。再现。不要相信它。然后，他开始明白。事实证明，这一现象是由富勒烯分子和固体的无定形碳的混合物的纳米复合材料的性能。根据与该装卸测试期间执行速度，曲线改变形状。当我们按​​下快 - 让典型模式的固体薄膜（a）条。 Davim慢 - 得到“有什么不可以”。显然，在膜低速冲孔有那个推回压头一些附加的驱动力。不过什么？

详细的分析显示，在“异常”缩进而不是形成凹山几十纳米的高度的情况下（的a，b）如下：



详细的分析显示，该“丘陵”的高度取决于该离子和分子束的过程中制造©比率。

很明显，在负载下材料的膨胀，从而导致所述压头的排出和形成丘陵代替印刷品。因此，在什么样的代价？与组合的离子和分子束发生聚合富勒烯分子。在正常状态下它们通过弱范德华力联系起来。然而，如果它们是正确的“踢”两个之间相邻分子形成更强的共价键。这两种类型之外的强度通信的不同的长度。所述共价键是短的和聚合的分子被包装更密集。在接触时变形的部位“刺”高分子复合物，并打破共价键。作为紧密堆积的分子的结果趋向于彼此移开，从而导致增加的体积和填充所述凹部形成的小山。为什么这种效果仅观察到在低压痕？我们相信，收率解聚的分子与表面 - 扩散的过程，以及与他们的迅速缩进根本没有时间。

除了“自我修复”的表面，这种纳米复合薄膜显示出另一个有趣的功能 - 动态硬度。该膜具有很强的震动的情况下，具有相对柔软的负载恒定或缓慢增加的情况下。为什么它 - 我们还没有想出尚未在空气中匆匆的想法，如“纳米衣的纳米机器人。”任何想法？

更详细的描述可以在本文中找到 （英语）。她对科幻枢纽：<一href="http://pubs.acs.org.sci-hub.org/doi/abs/10.1021/nl500321g">http://pubs.acs.org.sci-hub.org/doi/abs/10.1021/nl500321g.

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