Введение в микро- и нанотехнологию

Физико-химические основы микро- и нанотехнологий

1.2 Положение микро- и нанообъектов на шкале размеров, исследуемых современной наукой

Чтобы наглядно сравнить по размерам наноматериалы с физическими телами и объектами окружающего мира, можно сравнить Вселенную, планету Земля и наночастицы. Размер наблюдаемой Вселенной оценивается в 10-20 миллиардов световых лет или (1-2)∙10²⁶ м. Радиус Земли составляет ~ 6370 км=6,37∙10⁶ м. Сравнение показывает, насколько малыми являются размеры объектов наномира и нанотехнологий.

Каждая конкретная величина мала или велика лишь по отношению к другой величине, характерной для данных условий. Длина волны λ света мала в сравнении с человеком, поэтому ею пренебрегают, считая, что свет распространяется прямолинейно. В сравнении с отдельным атомом λ велика и считают, что при взаимодействии с атомом амплитуда световой волны одинакова во всех точках атома в любой момент.

Температура 2000 ^оС очень велика во всех областях техники, но в термоядерных исследованиях плазма с такой температурой считается низкотемпературной.

Таблица 1.1.

	Метры	Область
Макромир	10^25	Размер видимой части вселенной
10^24	Расстояние между галактиками
10^21	Размеры галактик
10^18	Межзвездные расстояния
10^15	Размеры солнечной системы
10^12	Размер Земли
~10^5	Высота больших гор
	Размер (рост) человека
10^-3	Размер песчинки
10^-6	Микромасштаб ~ 1-10 мкм. Предел разрешения оптического микроскопа
Наномасштаб	10^-7- 10^-9	Субмикрокристаллические материалы ~ 100 мкм Нанокристаллические материалы ~ 10 нм Предел разрешения атомно-силового микроскопа ~5 нм Молекулярные кластеры (фуллерены и др.) - 3-4 нм 2-3 атомные молекулы ~ 1 нм
Одночас­тичный мир	10^-10	Размер атома ~ 0,1 нм
10^-15	Размеры атомных ядер
10^-18	Исследуемая структура элементарных частиц

Характер физических явлений существенно зависит от размера области пространства, в которой происходило явление. В табл. 1.1 приведена шкала масштабов различных величин, исследуемых современной наукой.

Одной из основных характеристических величин является размер атома 10^{-10 м. Этим размером все явления разделяются на макроскопические и микроскопические. Макроявления протекают в областях >10-7 м, а микроявления в областях сравнимых с атомным размером 10-10 м и меньше.}

Заметим, что понятие «размер атома» в геометрическом плане не имеет смысла, поскольку физически о линейных размерах атома можно судить по взаимодействию атомов между собой, которое определяется электромагнитным полем атома, не имеющим четких границ.

Непосредственно наблюдаемые тела являются макроскопическими, состоят из большого числа частиц N. Большим является такое число частиц N, для которого выполняется условие ln N >>1.

Особо важным является число Авогадро N_A = 6,02×10²³ моль^‑1, которое связывает микроскопический масштаб с макроскопическим, так как моль любого вещества составляет тело привычных для нас размеров. Так, моль Н₂О это 18×10^{-6 м3} воды.

Естественным масштабом скорости в природе является скорость распространения света в вакууме с=2,998×10⁸ м/с.

Постоянная Планка также является универсальной константой, с которой связано разграничение законов физики на квантовые и классические ћ=1,05×10^-34 м²/с.

Дата добавления: 2015-06-25