Metrologia termiczna w skali nano
Nanomateriały mają wiele niezwykłych właściwości elektrycznych, mechanicznych, termicznych, optycznych i magnetycznych, odróżniających je od tradycyjnych materiałów. Celem finansowanego ze środków UE projektu QUANTIHEAT (Quantitative scanning probe microscopy techniques for heat transfer management in nanomaterials and nanodevices) jest opracowanie ustandaryzowanych meteorologicznych definicji, narzędzi i metod, umożliwiających badanie i analizę przenikania ciepła w materiałach nanostrukturalnych. Prace rozpoczęto od określonych przez przemysł próbek materiałów oraz skatalogowania technik charakterystyki cieplnej i metodologii dostępnych w ramach konsorcjum, służących do wieloskalowej analizy przenikania ciepła. Badania te pomogły naukowcom w określeniu, które techniki pomiarowe i modelowania będą najbardziej odpowiednie dla danego materiału. Przegląd aktualnie stosowanych definicji i terminologii wykazał, że istnieje duże prawdopodobieństwo nieprecyzyjnego opisywania wyników badań metodą mikroskopii skanowania termicznego (SThM). Analiza wskazała też na pilne zapotrzebowanie na dobrze scharakteryzowane próbki, umożliwiające porównanie wyników badań prowadzonych w różnych laboratoriach. Przygotowano zalecenia w postaci wstępnego dokumentu mającego umożliwić opracowanie ustandaryzowanych definicji. Duża część prac poświęcona jest stworzeniu nowych narzędzi metrologicznych, obejmujących próbki do kalibracji, wzorcowe i testowe, a także modele przeznaczone do metod wytwarzania przemysłowego. Wytworzono i przetestowano przemysłowe próbki cienkich warstw ochronnych uzyskanych metodą nanostemplowania litograficznego, nowe nanostrukturalne połączenia oparte na mikrocząsteczkach oraz materiały uzyskane techniką osadzania warstwy atomowej. Wyniki tych prac pomogły naukowcom w określeniu technik charakterystyki termicznej potrzebnych do analizy ważnych aspektów przenikania ciepła w procesach produkcyjnych. Poczyniono też istotne postępy w opracowywaniu zaawansowanych narzędzi symulacyjnych i półanalitycznych, umożliwiających badanie właściwości cieplnych złożonych materiałów na ich połączeniach. Równolegle uczeni opracowali nowe urządzenia pomiarowe i kalibracyjne, w tym eksperymentalne sondy oraz kombinacje SThM ze skaningową mikroskopią elektronową lub radiometrią w podczerwieni. Dzięki projektowi QUANTIHEAT powstaną nowe narzędzia metrologiczne służące do badania przenikania ciepła w materiałach nanostrukturalnych. Zostaną one przekazane europejskim i międzynarodowym organizacjom normalizacyjnym w celu opracowania standardów i modeli kalibracji. Ten nieoceniony wkład w bardzo ważną dziedzinę nanomateriałów przyczyni się również do poprawy konkurencyjności unijnych producentów.
Słowa kluczowe
Termiczna, metrologia, nano, mikroskopia, przenikanie ciepła
