Способ создания наноканалов в наноматериалах радиационным методом

(51) 08 5/22 (2006.01) 01 67/00 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ водородного топлива,наноробототехнических систем МЭМС, наномедицине, микробиологии и т.д., в которых используется графен или оксид графена, графено- и алмазоподобные углеродистые и другие ультратонкие (менее 10 нм) материалы. Изобретение относится к способу создания наноканалов в наноматериалах радиационным методом. Изобретение основано на создании кратеров с размерами в диаметре 30 нм и глубиной до 10 нм в графено- и алмазоподобных углеродистых и других ультратонких материалах с толщинами менее 10 нм путем облучения ускоренными атомными кластерами. Этот способ является эффективным для создания наноканалов в ультратонких с толщинами менее 10 нм графено- и алмазоподобных углеродистых и в других наноматериалах промышленным способом.(72) Инсепов Зинетула АлпысовичТныштыкбаев Курбангали БайназаровичАйнабаев АрдакБулекбаева ГузельКузембаева НурсаулеШон КиркпатрикМайкл Уалш(54) СПОСОБ СОЗДАНИЯ НАНОКАНАЛОВ В НАНОМАТЕРИАЛАХ РАДИАЦИОННЫМ МЕТОДОМ(57) Изобретение относится к нанотехнологии изготовления наномембран для опреснения воды,нанофильтрации жидкостей и газов, хранения Изобретение относится к нанотехнологии создания наномембран для опреснения воды,нанофильтрации жидкостей и газов, хранения водородного топлива,наноробототехнических систем МЭМС, наномедицине, микробиологии и т.д., в которых используется графен, оксид графена,графено- и алмазоподобные углеродистые и другие ультратонкие (менее 10 нм) материалы. Изобретение относится к способу создания наноканалов в наноматериалах радиационным методом. Способ заключается в том, что наноматериал облучают атомными кластерами с энергией, достаточной для прохождения кластеров насквозь через наноматериал. Плотность потока кластеров выбирают такой, чтобы при облучении выделяемая энергия была достаточной для образования отдельных наноканалов. Известен традиционный радиационный способ изготовления наноканалов при облучении ионами низких энергий полимерной пленки для получения большого числа наноразмерных сквозных отверстий(Метод формирования наноструктурной,контролируемой полимерной ионообменной мембраны, патент 7276561, 2004) и последующего химического (электрохимического) травления облученной поверхности материала(Способ травления пор в облученных полимерных материалах, патент 2284213, 2000). Основными недостатками традиционного радиационного способа формирования наноканалов при облучении ионами и изготовления на их основе нанофильтров и наномембран являются 1) большие диаметры нанометровых каналов, полученных методами радиационного и последующего химического, электрохимического травления, от 50 до 100 нм,непригодных для создания ионнообменных мембран и нанофильтров 2) малая производительность из-за низкой плотности тока ионов низких энергий и невозможность промышленного производства 3) высокая стоимость, связанная, во-первых, с трудностью создания ионных пучков малых энергий, которая сопровождается значительными проблемами получения высокой плотности тока ионов малых энергий, во-вторых, с необходимостью их последующего химического или электрохимического травления в растворах и дополнительной прочистки наноканалов за счет их нагрева и сушки,что является весьма энергозатратным процессом, требующим энергии не менее 1 кВт час/м 3 4) невозможность создания наноканалов в ультратонких, менее 10 нм, графенои алмазоподобных углеродных и других наноматериалах, что приобретает особое значение в связи с созданием и приходом в промышленность графенов,оксидов графена,графенои алмазоподобных углеродных и других ультратонких 10 нм наноматериалов, в которых однократно заряженные ионы проскакивают насквозь без взаимодействия и не могут производить повреждения, и соответственно, наноканалы. Наиболее близким аналогом и взятый за прототип является способ модификации 2 поверхности путем радиационного воздействия ускоренными атомным кластерами с энергиями 2030 КэВ ( , . , .В. ,..2002, 92, (7),3671-3678), при котором происходит модификация поверхности в зависимости от условий облучения и создание атомарно-гладкой поверхности за счет распыления поверхностных атомов либо создание ультратонких п/р-переходов за счет внедрения атомных кластеров, состоящих из огромного числа сжатых атомов газа и активно взаимодействующих с поверхностными атомами мишени. Недостатком данного способа является использование высокой плотности потока ускоренных атомных кластеров, так как плотность тока атомного кластерного пучка не регулируется в пучке и задается давлением в предварительной камере, а также напряжением первоначального ускорения. В этих условиях невозможно создание отдельных наноканалов. Поэтому данный способ не подходит для создания наноканалов в графено- и алмазоподобных углеродистых и других ультратонких наноматериалах из-за большой выделяемой на поверхности плотности энергии и испарения поверхностных атомов. Предлагаемый способ создания наноканалов лишен всех этих недостатков и основан на создании наноканалов (кратеров) с размерами в диаметре 30 нм и глубиной до 10 нм в графено- и алмазоподобных углеродистых и других ультратонких 10 нм наноматериалах при использовании малой плотности тока пучка ускоренных атомных кластеров нейтральных молекул газов, достаточной для образования отдельных кратиеров(наноканалов). Это достигается при использовании хвостовой части гауссового распределения интенсивности плотности тока пучка атомных кластера нейтральных молекул газа. При этом плотность потока атомных кластеров может контролироваться до значений 108-1011 кластеров/см 2, при котором возможно образование отдельных наноканалов, что делает этот способ удобным для приготовления наноканалов в графенои алмазоподобных углеродистых и других ультратонких( 10 нм) наноматериалах промышленным способом. Задачей изобретения является создание способа изготовления наноканалов размерами в диаметре 30 нм и глубиной 10 нм в ультратонких (менее 10 нм) графеноподобных и алмазоподобных углеродистых и других наноматериалах,позволяющего создавать промышленным способом наноканалы размерами в диаметре 30 нм и глубиной 10 нм прямым радиационным воздействием, без дополнительного химического или электрохимического травления. Технический результат, получаемый в результате применения предлагаемого способа, заключается в создании в ультратонких ( 10 нм) графено- и алмазоподобных углеродистых и других наноматериалах наноканалов диаметрами менее 30 нм, пригодных для ионнообменных мембран и нанофильтров промышленным способом. Технический результат достигается тем, что графено- и алмазоподобные углеродистые и другие ультратонкие ( 10 нм) наноматериалы облучаются ускоренными атомными кластерами с энергией,достаточной для прохождения атомных кластеров насквозь через наноматериал, при этом плотность потока взаимодействующих с поверхностью наноматериала атомных кластеров выбирают такой,при которой происходит образование отдельных кратеров (наноканалов), и плотность потока частиц находится в пределах до 1011 кластеров/см 2 (фиг.1) при плотности потока пучка кластеров молекул менее 108 кластеров/см 2 образование наноканалов не происходит (фиг.2) или происходит в недостаточном количестве для практического их использования (фиг.3) при плотности потока пучка кластеров молекул 1012 кластеров/см 2 и более происходит распыление поверхностных атомов,исключающее образование отдельных наноканалов(фиг.5). Сущность способа создания наноканалов в наноматериалах радиационным методом согласно предлагаемому изобретению заключается в том, что,как и в известных аналогах и прототипе,ультратонкие ( 10 нм) графено- и алмазоподобные углеродистые и другие наноматериалы подвергаются облучению атомными кластерами с энергией, достаточной для прохождения кластеров насквозь через наноматериал. Отличие предлагаемого способа заключается в том, что ультратонкие (10 нм) графено- и алмазоподобные углеродистые и другие наноматериалы подвергаются облучению атомными кластерами с плотностями потока пучка атомных кластеров, при которых происходит образование отдельных наноканалов (фиг.1). Таким образом, предлагается эффективный способ создания наноканалов с размерами в диаметре 30 нм (фиг.1 а) и глубиной до 10 нм(фиг.1) для промышленного производства нанофильтров, наномембран для опреснения воды,хранения водородного топлива,наноробототехнических систем МЭМС,наномедицины, микробиологии и т.д. Изобретение поясняется следующими примерами. Пример 1. Облучение оксида графена атомными кластерными пучками аргона А с энергией 30 кэВ и с плотностью тока пучка до 11011 кластеров/см 2. Результат - образование отдельных наноканалов(кратеров) (фиг.1 а) с диаметром до 30 нм и глубиной до 10 нм (фиг.). Пример 2. Облучение оксида графена кластерными пучками аргона с энергией 30 кэВ и плотностью тока пучка до 108 кластеров/см 2. Результат - образование отдельных наноканалов(кратеров) не наблюдается (фиг.2). Пример 3. Облучение оксида графена кластерными пучками А с энергией 30 кэВ и плотностью тока пучка 1109 кластеров/см 2. Результат - образование отдельных наноканалов(кратеров) размерами в диаметре до 30 нм, глубиной до 10 нм (фиг.3). Пример 4. Облучение оксида графена кластерными пучками А с энергией 30 кэВ и плотностью тока пучка 11010 кластеров/см 2. Результат - образование отдельных нанопор(кратеров) размерами в диаметре до 30 нм, глубиной до 10 нм (фиг.4). Пример 5. Облучение оксида графена кластерными пучками А с энергией 30 кэВ и плотностью тока пучка 11012 кластеров/см 2. Результат - распыление поверхностных атомов и образование сплошных распыленных участков,образование отдельных нанопор(кратеров) размерами в диаметре до 30 нм, глубиной до 10 нм не наблюдается (фиг.5). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ создания наноканалов в наноматериалах радиационным методом, включающий создание поверхностных треков-кратеров путем облучения ускоренными частицами, отличающийся тем, что создание наноканалов с диаметрами до 30 нм и глубиной до 10 нм достигают в графене, оксиде графеме, графено- и алмазоподобных углеродистых и в других ультратонких материалах с толщинами менее 10 нм при облучении ускоренными атомными кластерами в пределах энергии, достаточной для прохождения атомных кластеров насквозь через наноматериал, и в пределах интенсивности потока атомных кластеров, достаточной для образования отдельных наноканалов.