Номер 3, страница 51 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 2. Основы молекулярно-кинетической теории. Параграф 2.7. Примеры решения задач. Вопросы - номер 3, страница 51.

Условие.

3. Какова роль атомно-силового микроскопа в становлении и развитии нанотехнологий? Ответ представьте в виде схемы, презентации.

Решение.

Атомно-силовой микроскоп (АСМ) сыграл революционную роль в становлении и развитии нанотехнологий, предоставив ученым и инженерам универсальный инструмент для работы в наномасштабе. Его ключевую роль можно представить в виде схемы, состоящей из трех основных функций и их влияния на науку и технологии.

1. Функция визуализации («глаза наномира»)

АСМ позволяет получать трехмерные изображения поверхности с разрешением вплоть до отдельных атомов. Это дало возможность впервые напрямую наблюдать наноструктуры, атомарные решетки, отдельные молекулы (включая ДНК) и дефекты на поверхности. В отличие от электронных микроскопов, АСМ может работать в различных средах (воздух, вакуум, жидкость), что позволяет изучать образцы, в том числе биологические, в их естественном состоянии.

2. Функция измерения свойств («нанолаборатория на острие»)

АСМ — это не просто микроскоп, а многофункциональный измерительный комплекс. Используя различные режимы работы и типы зондов, он позволяет картировать и измерять на наноуровне широкий спектр физических свойств:
• Механические: твердость, упругость, адгезия, трение.
• Электрические: поверхностный потенциал, проводимость, диэлектрическая проницаемость.
• Магнитные: структура магнитных доменов.
• Тепловые: локальная температура и теплопроводность.
Эти возможности критически важны для характеристики и создания новых наноматериалов и устройств.

3. Функция манипуляции и литографии («атомарный конструктор»)

Зонд АСМ может использоваться не только для наблюдения, но и для активного воздействия на поверхность. Эта функция лежит в основе подхода «снизу-вверх» в нанотехнологиях:
• Манипуляция: возможность перемещать отдельные атомы и молекулы, собирая из них заданные наноструктуры. Классическим примером является выкладывание названия компании из атомов ксенона.
• Нанолитография: создание наноразмерных рисунков и элементов на поверхности путем механического процарапывания, локального окисления, переноса вещества с зонда и другими методами. Это основа для производства прототипов наноэлектронных схем, сенсоров и квантовых устройств.

Влияние на развитие нанотехнологий

Благодаря этим трем функциям АСМ стал катализатором развития нанотехнологий. Он позволил перейти от теоретических рассуждений о наномире к его практическому изучению, измерению и конструированию. АСМ стал неотъемлемым инструментом в материаловедении, физике твердого тела, химии, биотехнологиях и наноэлектронике, обеспечив создание новых материалов и устройств с уникальными свойствами.

Ответ: Роль атомно-силового микроскопа (АСМ) в становлении и развитии нанотехнологий является фундаментальной, так как он объединяет в себе три ключевые функции:
1. Визуализация: получение трехмерных изображений объектов с атомарным разрешением, что позволяет «видеть» наномир.
2. Измерение: количественная характеристика локальных механических, электрических, магнитных и других свойств материалов на наноуровне.
3. Манипуляция: перемещение отдельных атомов и создание наноструктур методами литографии, реализуя принцип конструирования «снизу-вверх».
Таким образом, АСМ является универсальным инструментом, который позволил превратить нанотехнологию из теоретической концепции в мощную практическую область науки и техники.