Учебно-образовательный комплекс NanoTutor

NanoTutor — это комплекс приборов и методик для тех, кто делает первые шаги в наномир. Основой его является сканирующий зондовый микроскоп, который дает возможность получить изображения того, что невозможно увидеть даже в оптический микроскоп. Он прост в обращении, и с ним может работать даже школьник.

NanoTutor предназначен для обучения основам нанотехнологий, но может быть использован и при выполнении научных работ.

Главные особенности прибора:

• Простота в работе, отсутствие сложных настроек и юстировок
• Дружественный интерфейс
• Пошаговая настройка СЗМ методик
• Вольфрамовый зонд, который можно изготовить самостоятельно и восстановить
• Работа с кремниевым кантилевером
• Не требует замены измерительных гловок при смене типа зонда
• Наличие учебных пособий и дополнительного оборудования
• Программное обеспечение, включающее «виртуальный прибор»- ДЕМО- версию, позволяющую пройти все этапы работы без включения прибора
• Комплектация прибора необходимыми для учебного процесса тест-объектами
• Хорошая защита от поломок
• Наглядность, анимационное обучение
• Простая смена образца
• Недорогие расходные материалы

Образовательный процесс с использованием NanoTutor направлен на освоение основ работы в режимах Сканирующей Зондовой Микроскопии, приобретение навыков исследования нанообъектов и наноструктур, проведение зондовой нанолитографии и наноманипуляций.

NanoTutor предназначен для обучения основам нанотехнологий, но может быть использован и при выполнении научных работ.

Научно-Учебный Комплекс NanoTutor поставляется в следующей комплектации:

  • Базовый сканирующий зондовый микроскоп NanoTutor, включающий измерительную головку, электронный блок управления, РС и специализированное ПО “NanoTutor”;
  • Комплект зондовых датчиков (7шт) в виде картриджей со сменными зондами;
  • Устройство автоматического электрохимического травления для изготовления зондов из вольфрамовой проволоки проволоки с технологическими приспособлениями и набором расходных материалов;
  • Приспособление для полуавтоматической замены зондов;
  • Набор тестовых образцов для калибровки прибора;
  • Учебное пособие по основам СЗМ;
  • Подробное руководство пользователя;
  • Виртуальная Demo-версия программы, проводящая пользователя последовательно через все этапы получения качественного СЗМ изображения;
  • Развитый контекстный Help;
  • Сборник ЧАВО (ЧАсто задаваемые ВОпросы);
  • Апробированный лабораторный практикум с набором учебных образцов для исследований.

Новое дружественное программное обеспечение учебно-научного комплекса совместимо с операционными системами Windows Vista/7/8/10.

 

Основные СЗМ методики

АСМ, «Полуконтактный» метод

  • Отображение рельефа
  • Отображение дифференциального контраста
  • Отображение фазового контраста
  • Силовая спектроскопия
  • Динамическая силовая литография

СТМ

  • Отображение рельефа
  • Отображение тока (метод постоянной высоты)
  • I(Z) спектроскопия
  • I(V) спектроскопия

Наличие АСМ и СТМ методик позволяет проводить исследования как проводящих, так и диэлектрических образцов. В качестве примеров можно привести:

  • Биологические объекты, вплоть до ДНК
  • Накопители информации (CD, DVD и матрицы для их изготовления)
  • Микро и наноструктуры
  • Оптоэлектронные элементы и т.д.
Технические характеристики
Система сканирования
Сканирование образцом
Диапазон измерений линейных размеров

в плоскости XY,мкм

не менее 70
Диапазон измерений линейных размеров

по оси Z, мкм

не менее 10
Пошаговое сканирование (Мин. шаг) 1 Å
Среднеквадратичное отклонение (СКО)

результатов измерений линейных

размеров в плоскости XY

не более 5%
Среднеквадратичное отклонение (СКО)

результатов измерений линейных

размеров по оси Z

не более 5%
Разрешение
Разрешение в плоскости XY не более 50 нм
Разрешение по оси Z не более 2 нм
Максимальное число точек сканирования по X и Y 1024х1024
Нелинейность сканирования в плоскости XY не более 30 нм
Неортогональнасть сканера в плоскости XY не более 5°
Неплоскостность сканирования в плоскости XY не более 500 нм
Дрейф в плоскости XY не более 5 А/c
Дрейф по оси Z не более 5 А/c
АСМ режим X_Y – 50 нм, вплоть до 10 нм с использованием острой иглы и виброизоляции; Z – 3 нм
СТМ режим X_Y – 10 нм, Z – 3 нм
Операционные системы Windows Vista/7/8
Образец
Размер образца диаметр вплоть до 12 мм
Толщина образца вплоть до 5 мм
Возможность подавать напряжение на образец есть
Массо-габаритные характеристики
Габаритные размеры контроллера
(длина x глубина x высота)
260х160х360 мм
Габаритные размеры измерительной головки

(длина x глубина x высота)

160х160х130 мм
Масса (в комплекте) не более 8 кг
Условия эксплуатации
Напряжение питания переменного тока 220(+10/-15%) В
Потребляемая мощность не более 60 Вт
Темепература окружающего воздуха 20±5 °С
Относительная влажность воздуха не более 65±15 %
Атмосферное давление 760±30 мм рт.ст
Дрейф температуры не более 1 °С в час
Амплитуда вибраций в полосе частот

1-1000 Гц

не более 0,5 мкм

NanoTutor является полноценным СЗМ, специально разработанным для обучения основным методикам СЗМ. Прибор позволяет проводить АСМ и СТМ измерения без замены зонда.

В состав прибора входит головка СЗМ в пластиковом корпусе, компактный, полностью цифровой электронный блок, устройство автоматического изготовления зондов из вольфрама, набор образцов и учебных пособий. Программное обеспечение включает в себя демо-тренажер, позволяющий обучаться работе на СЗМ без включения прибора.

ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА СЗМ

Измерительная головка NanoTutor позволяет работать в полуконтактной силовой и туннельной модах СЗМ, имеет съемный оптический видеомикроскоп. В головку встроен цифро- аналоговый адаптер, имеющий связь с основным контроллером по высокоскоростному цифровому каналу, что позволяет уменьшить уровень шумов.

Измерительная головка NanoTutor

Измерительная головка NanoTutor позволяет работать в полуконтактной силовой и туннельной модах СЗМ, имеет съемный оптический видеомикроскоп. В головку встроен цифро- аналоговый адаптер, имеющий связь с основным контроллером по высокоскоростному цифровому каналу, что позволяет уменьшить уровень шумов.

Цифровая видеокамера

Легко устанавливаемая на измерительную головку цифровая видеокамера оснащена автономным источником освещения. Возможность перемещения видеокамеры позволяет выбрать интересующий участок на поверхности образца. Положение источника света также можно менять, что позволяет подчеркивать особенности рельефа поверхности образца за счет изменения угла подсветки.

ЗОНДОВЫЙ ДАТЧИК

Универсальный зондовый датчик выполнен восстанавливаемым –
при износе или повреждении кончика зонда, изготавливаемого из вольфрамовой проволоки, он может быть снова заострен путем травления.

Зондовый датчик

КОНТРОЛЛЕР NanoTutor

Имеет цифровой контур обратной связи, позволяет работать с различными адаптерами, встроенными в СЗМ головки разных типов.

Электронный блок

Электронный блок

Основные параметры контроллера

Состав Контроллер состоит из двух частей- блока основного вычислителя и адаптера СЗМ головки.
Структура Состав и взаимосвязь функциональных узлов определяется программируемой схемной топологией
Разрядность процессора 32 бит
АЦП 18 бит, 1 MSPS — 2шт
ЦАП 16 бит, 1 MSPS — 5шт
Буфер 64Мб
ПЛИС FPGA 200MHz
Генераторы Цифровые генераторы сигнала 32бита
Форма сигнала произвольная периодическая, до 512 точек на период, 1мкс на точку
Синхродетектор Цифровой детектор заданной частоты, вычисление фазы и амплитуды
Контур обратной связи Цифровой 32 бит. Частный случай БИХ-фильтра
Коммутация сигналов Свободная, определяется топологией
Фильтры Цифровые фильтры (БИХ- и КИХ-), размер окна до 128 элементов
Возможность захвата данных До 16 каналов 32-битных данных одновременно, 1MSPS по каждому каналу
Расширяемость Изменение параметров фильтров, генераторов и обратной связи в реальном времени;
изменение топологии обработки данных
Интерфейс USB2.0
Драйверы моторов Три шаговых или пьезоинерциальных двигателя
Диапазон выходных напряжений ±150 В
Напряжение на образце ±10 В
Диапазон измеряемых токов 0.1-100 нА

УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ
Устройство автоматического травления (УАТ) предназначено для изготовления игл из вольфрамовой проволоки различной формы методом электрохимического травления в растворе щелочи (мыльный раствор) с радиусом закругления острия на уровне 0.1-0.2 мкм для использования в СЗМ.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВКИ ЗОНДА

Для изготовления заготовки зонда из вольфрамовой проволоки используется специальное устройство, позволяющее создать зонд необходимых геометрических параметров.

Устройство для изготовления заготовки зонда
1 – маркер, 2 – отверстие, 3 – мерная канавка, 4 – капилляры

Различные исследования:

• Получение первого СЗМ изображения. Обработка и представление результатов эксперимента

Лабораторная работа была разработана Санкт-Петербургским государственным университетом информационных технологий механики и оптики

Цели работы

  1. Изучение основ сканирующей зондовой микроскопии
  2. Изучение конструкции и принципов работы прибора NanoTutor
  3. Получение первого СЗМ изображения
  4. Получение навыков обработки и представления экспериментальных результатов

• Исследование поверхности твердых тел методом сканирующей туннельной микроскопии

Лабораторная работа была разработана Санкт-Петербургским государственным университетом информационных технологий механики и оптики

Цели работы

  1. Изучение основ сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии
  2. Изучение принципов работы датчика туннельного тока в приборе NanoTutor и измерение его основных параметров
  3. Получение топографии поверхности исследуемого образца в режиме постоянного туннельного тока

• Исследование поверхности твердых тел методом атомно-силовой микроскопии в неконтактном режиме

Лабораторная работа была разработана Санкт-Петербургским государственным университетом информационных технологий механики и оптики

Цели работы

  1. Изучение принципов работы атомно-силового микроскопа в неконтактном режиме
  2. Определение основных параметров датчика силового взаимодействия прибора NаnoTutor и параметров СЗМ эксперимента
  3. Получение топографии поверхности и фазового контраста исследуемого образца

• Артефакты в сканирующей зондовой микроскопии

Лабораторная работа была разработана Санкт-Петербургским государственным университетом информационных технологий механики и оптики

Цели работы

  1. Изучение источников артефактов в сканирующей зондовой микроскопии
  2. Исследование основных характеристик пьезоэлектрической керамики и СЗМ сканера
  3. Определение формы зонда и разрешения СЗМ

 

• Сканирующая зондовая литография

Лабораторная работа была разработана Санкт-Петербургским государственным университетом информационных технологий механики

Цели работы

  1. Изучение физических основ зондовой нанотехнологии
  2. Изучение различных видов литографии, выполняемых с помощью сканирующего зондового микроскопа
  3. Получение практических навыков выполнения динамической силовой литографии

• Обработка и количественный анализ СЗМ изображений

Лабораторная работа была разработана Санкт-Петербургским государственным университетом информационных технологий механики и оптики.

Цель работы:
Получить практические навыки в области обработки и количественного анализа СЗМ изображений.

• Применение сканирующего зондового микроскопа для исследования биологических объектов

Лабораторная работа была разработана Лабораторная работа была разработана Санкт-Петербургским государственным университетом информационных технологий механики и оптики

Цели работы

  1. Научиться готовить биологические препараты для исследований
  2. Получить СЗМ изображение комплекса кисломолочных бактерий
  3. Научиться основам обработки и представления результатов измерений

• Изучение микрофлоры воды с помощью сканирующей зондовой микроскопии

Лабораторная работа была разработана Нижегородским Государственным университетом им. Н.И. Лобачевского

Цели работы

  1. Изготовить биологические препараты на основе проб воды из различных источников — дистиллированной, кипяченой, водопроводной, аквариумной и пр.
  2. Получить СЗМ изображения с применением метода фазового контраста
  3. Провести анализ и обработку результатов

 

Базовым образцом для ССМ измерений является фрагмент CD. Образцы поставляются вместе с прибором, однако их можно приготовить самому.
Для подготовки образца понадобятся:

CD (диск должен быть без пластикового защитного покрытия);
• ножницы;
• скальпель;
• пинцет.
• Для подготовки образца выполните следующие действия:

1. Ножницами вырежьте небольшой фрагмент диска (не более 12 мм в диаметре).

ПРИМЕЧАНИЕ: Если на фрагменте CD была сделана запись, на изображении скана будут видны питы, в противном случае на изображении скана будут только дорожки (треки).
Пользователь сам решает, с каким образцом он будет проводить эксперимент.

2. Подденьте скальпелем покрытие диска.

3. Аккуратно пинцетом снимите покрытие с вырезанного фрагмента.

ВНИМАНИЕ! Для исследований предназначена та часть диска, с которой было снято покрытие. Следите за тем, чтоб не коснуться поверхности при снятии покрытия.

4. После снятия покрытия образец готов для проведения исследований.

5. Образец приклеивается на держатель на двойной скотч.

Можно также в качестве ССМ образца использовать DVD диск. DVD диски нужно брать двухслойные. Ножницами отрезается полоска и расщепляется острым ножом. Питы находятся на верхней поверхности нижнего прозрачного слоя. Между слоями есть тонкая липкая пленка, ее нужно аккуратно снять, после этого можно нарезать полоску на квадратики и ставить их на двойной скотч.

Базовым образцом для СТМ измерений является фрагмент металлической матрицы для изготовления CD. Кроме того, компания выпускает дифракционные решетки с золотым покрытием. Можно также в качестве образцов для СТМ измерений использовать фрагменты компакт-дисков с золотым напылением.

Для литографии рекомендуется использовать фрагмент компакт-диска без записи информации со снятым защитным слоем. Полоски на СД используются в качестве репера.
Если полоски мешают, можно проводить процесс литографии на обратной стороне любого старого CD, отрезав кусочек ножницами.
Кроме базовых образцов компанией НТ-СПб поставляются различные калибровочные решетки и различные тестовые образцы.

 

Галерея сканов

Всего на сегодняшний день установлено более 70 учебно-научных комплексов в Российской Федерации.

Комплексы работают также более чем в 20 странах по всему миру.

Учебно-научные комплексы установлены в следующих высших учебных заведениях Российской Федерации:

Москва Центр фотохимии РАН (The centre of photochemistry RAS), Лаборатория фотохимии супермолекулярных систем
Московский государственный институт электронной техники (Moscow Institute of Electronic Technology — Technical University
Московский инженерно-физический институт (МИФИ)
Московский государственный университет приборостроения и информатики
Московский Государственный Технически Университет Им. Баумана
Московский институт стали и сплавов
Московский физико-технический институт
Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В.Ломоносова
Московский Авиационный институт
Московский государственный строительный университет
РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина
Санкт-Петербург Санкт-Петербургский государственный технологический институт, ЦКП
Российский Государственный Педагогический Университет имени А. И. Герцена
СПбГУ ИТМО (Технический Университет)
Санкт-Петербургский государственный университет
ОАО «РНИИ «Электронстандарт
Центр лазерной технологии
Балтийский государственный технический университет «Военмех»
Кабардино-Балкария Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М.Бербекова
Тула Тульский Государственный Университет
Ставрополь Северо-Кавказский государственный технический университет
Ставропольский Государственный Университет
Ульяновск Ульяновский государственный технический университет
Ульяновский государственный университет
Саратов Саратовский государственный технический университет
Саратовский Государственный Университет
Белгород Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
Киров Вятский Государственный Университет
Вятский гуманитарный государственный университет
Астрахань Астраханский государственный технический университет
Якутск Якутский государственный университет имени М.К.Аммосова»
ГОУ ВПО «Якутский государственный университет
Хабаровск Дальневосточный государственный гуманитарный университет
Томск Томский государственный архитектурно-строительный университет
Томский Государственный Университет
Томский политехнический университет
Воронеж Воронежский государственный архитектурно-строительный университет
Тверь Тверской государственный технический университет
Волгоград Волгоградский государственный университет
Волгоградский государственный технический университет
Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет
Тамбов Тамбовский государственный технический университет
Владивосток Дальневосточный государственный университет
Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ им. Куйбышева)»
Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, (The Institute of Automation and Control Processes RAS
Ростов-на-Дону Донской государственный технический университет
Южный Федеральный Университет (РГУ ЮФУ)
Иваново Ивановский государственный университет
Красноярск Красноярский государственный педагогический университет им. В.П. Астафьева
Орел Орловский государственный университет
Красноярск Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Сибирский федеральный университет
Рязань Рязанский государственный радиотехнический университет
Рязанский государственный университет имени С.А. Есенин
Череповец Череповецкий государственный университет
Псков Псковский Государственный Педагогический Институт им. С.М. Кирова
Хантымансийск Югорский государственный университет
Югорский НИИ ИТ
Нижний Новгород Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (ННГУ), (Nizhni Novgorod State University
Казань Казанский государственный университет
Казанский государственный технологический университет
Новосибирск Новосибирский государственный технический университет
Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики
Новосибирский Государственный Университет
Таганрог Таганрогский Государственный Радиотехнический Университет ЮФУ(Taganrog State University of Radioengineering)
Самара Самарский Государственный Аэрокосмический Университет им. академика Королева
Самарский Государственный Технический Университет
Екатеринбург Уральский государственный университет им. А.М. Горького
Йошкар-Ола Марийский государственный технический университет
Тюмень Тюменский Государственный Университет
Калининград Российский государственный университет им. И. Канта
Белгород Белгородский Государственный Университет
Уфа Уфимский Государственный Авиационно — Технический Университет
Иркутск Иркутский государственный технический университет
Ставрополь Ставропольский Государственный Университет
Омск Омский государственный технический университет
Саранск Мордовский Государственный Университет имени Н.П.Огарёва
Мордовский государственный педагогический институт имени М.Е. Евсевьева
Махачкала Дагестанский государственный университет


Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики
Телефон: +7 (812) 251-26-05

По всем вопросам обращайтесь к администратору сайта:
ntspb@corp.ifmo.ru

Технопарк. ООО «НТ-СПб»
199034, Санкт-Петербург, Биржевая линия В. О., д. 14-16