История развития науки и техники неразрывно связана с развити-
ем системы, методов и средств измерений. Нанотехнологии поста-
вили ряд новых специфических задач, обусловленных малыми раз-
мерами элементов и структур, с которыми приходится иметь дело
в данной области. Здесь, как нигде, актуален тезис: «Если нельзя
измерить, то невозможно создать». Все страны, вступившие в на-
нотехнологический прорыв, прекрасно представляют необходи-
мость опережающего развития метрологии в этой области знания,
поскольку именно уровень точности и достоверности измерений
способен либо стимулировать развитие соответствующих отрас-
лей экономики, либо служить сдерживающим фактором. Особо
это подчеркивается тем обстоятельством, что в нанотехнологиях
приборно-аналитическая и технологическая составляющие рабо-
тают на пределе своих возможностей, что увеличивает вероятность
ошибки, тем более связанной с человеческим фактором.
Одна из первоочередных задач стандартизации в нанотехноло-
гиях — стандартизация параметров и свойств материалов, объектов,
элементов и структур нанотехнологий, подлежащих измерениям.
При межотраслевом и междисциплинарном характере нанотехно-
логий, различной терминологии и разных исследовательских и из-
мерительных приемах и методах — это непростая, последовательно
решаемая задача, несущая в себе объединяющее начало. К ней вплот-
ную примыкает другая задача — необходимость стандартизации тер-
минов и определений в нанотехнологиях, направленная на решение
проблем общения и взаимопонимания различных групп исследова-
телей не только внутри одной отдельно взятой страны, но и в рамках
междисциплинарного обмена информацией между странами. Отсю-
да закономерное следствие — необходимость аттестованных и стан-
дартизованных методик выполнения измерений, методик калибров-
ки и поверки средств измерений, применяемых в нанотехнологиях,
и многое другое, что определяется потребностями развития инфра-
структуры наноиндустрии.
Особый аспект стандартизации — решение задач обеспечения здо-
ровья и безопасности операторов технологических процессов и лиц,
взаимодействующих с продукцией нанотехнологий на всех этапах ее
производства, испытаний, исследований, применений и утилизации,
а также экологической безопасности окружающей среды.
Логически следует, что «наибольший статистический вес» при-
ходится на метрологию, поскольку именно она является количе-
ственным базисом стандартизации и сертификации. Специфика
нанотехнологий привела к развитию нового направления в метро-
логии — нанометрологии, с которой связаны все теоретические
и практические аспекты обеспечения единства измерений в нанотех-
нологиях. Спектр объектов нанотехнологий чрезвычайно широк, он
простирается от ультрадисперсных сред до наноструктурированных
многослойных материалов и кристаллов, включая квантоворазмер-
ные структуры с разными размерностями локализации — так назы-
ваемые квантовые ямы (сверхтонкие слои), квантовые проволоки,
квантовые точки. Проявляющиеся особенности физических эффек-
тов и протекающих при этом процессов, в том числе оптических, лю-
минесцентных, электрических, магнитных, механических и многих
других, определяются характерным размером, причем в одном и том
же материале различные эффекты, связанные с размером, проявля-
ются по-разному, например, особенность оптических свойств мате-
риала в ультрадисперсном виде может проявляться при одних разме-
рах наночастиц, а теплофизических — при других.
Настоящий терминологический словарь предназначен способ-
ствовать улучшению взаимопонимания между специалистами, рабо-
тающими в различных областях и сферах нанотехнологий, с теми, кто
призван осуществлять метрологическое и стандартизационное обе-
спечение в этой бурно развивающейся области науки, техники и про-
изводства.
М. В. Ковальчук, П. А. Тодуа
От редакторов
1. глава
Агломерат
agglomerate
Совокупность слабо связанных меж-
ду собой частиц или (и) агрегатов,
внешняя поверхность которой совпада-
ет с суммарной внешней поверхностью
индивидуальных компонентов. Связь
компонентов в агломерате может быть
осуществлена, например, за счет сил
Ван-дер-Ваальса или капиллярных сил.
Агломерат иногда называют вторичной
частицей по отношению к исходным со-
ставляющим, которые в этом случае на-
зывают первичными частицами.
Агрегат
aggregate
Совокупность сильно связанных меж-
ду собой или сплавленных частиц, внеш-
няя поверхность которой может быть
значительно меньше, чем вычисленная
суммарная поверхность составляющих
частиц. Силы, обеспечивающие целост-
ность агрегата, более сильные, чем в слу-
чае агломерата, например, силы, обеспе-
чивающие ковалентную химическую связь.
Атом
atom
Наименьшая часть химического элемен-
та, способная к самостоятельному суще-
ствованию и являющаяся носителем его
свойств.
Ион
ion
Атом, имеющий число электронов боль-
ше или меньше числа протонов в ядре.
Разность числа протонов и числа элек-
тронов определяет заряд иона (обычно
измеряется в единицах элементарного
электрического заряда). Возможно суще-
ствование кластерных ионов — класте-
ров, заряд хотя бы одного из атомов ко-
торого отличен от нуля, молекулярных
ионов — молекул (или фрагментов моле-
кул), суммарное число атомных электро-
нов в которых не равно суммарному за-
ряду атомных ядер входящих атомов.
Кластер
cluster
Группа близко расположенных, тесно
связанных друг с другом атомов, моле-
кул, ионов, ультрадисперсных частиц.
Мезодиапазон
mesoscale
1) (в оптике) Диапазон линейных разме-
ров, соответствующий пределу возмож-
ностей невооруженного глаза человека,
приблизительно от 0,2 до 1 мм.
2) (в физике твердого тела) Диапазон
размеров, меньших, чем длина, на ко-
торой теряется когерентность электрон-
ных волн в макроскопической системе.
Примечание:
1) Соответствующие системы называют-
ся мезоскопическими.
2) Реально размеры мезоскопических
систем могут лежать как в нанодиапазо-
не, так и находиться за его пределами.
Молекула
molecule
Микрочастица, образованная из двух
или большего числа атомов и способ-
ная к самостоятельному существова-
нию. Молекула — наименьшая (по массе
и размерам) частица вещества, опреде-
ляющая его основные свойства.
Молекула
Молекулярная
нанотехнология, МНТ
molecular
nanotechnology, MNT
В нанобиотехнологии термин относится
к концепции разработки и создания ме-
ханических систем молекулярных раз-
меров. См. также наноробот, наномотор.
Нано-
nano-
1) Приставка в Международной системе
единиц (СИ) для обозначения дольных
единиц, соответствующая множителю
10–9 (ГОСТ 8.417-2002, п. 7.1).
Пример: 1 нм = 10–9 м.
2) Приставка, указывающая на то, что
характерный размер объекта находится
в диапазоне от 1 нм до 100 нм.
Пример: наночастица, наноструктура.
3) Приставка к названию (например,
приставка к названию материала, объек-
та, процесса или прибора), относящаяся
к областям, определяемым как нанотех-
нология или (и) наука о нанообъектах.
Нанобиотехнология
nanobiotechnology
Научное и технологическое направле-
ние, сочетающее методы и средства на-
нотехнологии и биотехнологии. В част-
ности, нанобиотехнология занимается
как разработкой и созданием нанопри-
боров и наноустройств для изучения
биохимических процессов, так и разра-
боткой и созданием устройств, функци-
онирующих по аналогии с процессами
в живых организмах.
Наноиндустрия
nanotechnology industry,
nanomanufacturing
industry
Отрасль промышленности, занятая про-
изводством наноматериалов, нанострук-
тур, наноустройств и других видов про-
Молекулярная нанотехнология
дукции, в которых определяющим их
эксплуатационные показатели является
применение нанотехнологий.
Наноинженерия,
нанотехника
nanoengineering
Область техники, предметом которой
является конструирование и изготов-
ление изделий, имеющих, по крайней
мере, по одному из измерений линейный
размер от 1 до 100 нм.
Нанокосметика
nanocosmetic
Производство косметических препара-
тов (и продукция такого производства)
с использованием наноматериалов и на-
нотехнологий.
Наномедицина
nanomedicine
Раздел медицины, связанный со слеже-
нием, исправлением, конструировани-
ем и контролем биологических систем
человека на молекулярном уровне, ис-
пользуя наноустройства и нанострук-
туры.
Нанометр
nanometer
Дольная единица длины в Международ-
ной системе единиц, 1 нм = 10–9 м.
Нанометровый
диапазон
nanometer range
Диапазон линейных размеров от 1 нм до
100 нм.
Нанометрология
nanometrology
Наука об измерениях, методах и сред-
ствах обеспечения их единства и спосо-
бах достижения требуемой точности при
исследовании нанообъектов.
Нанометрология
Нанонаука, наука
о нанообъектах
nanoscience
Область научных исследований, предме-
том которых является изучение способов
получения, свойств и применения нано-
объектов, наноматериалов и протекаю-
щих в них процессов. В зависимости от
области и методов исследований разли-
чают нанохимию, наноэлектронику и пр.
Нанообъект
nano-object
Материальный объект (естественный
или созданный средствами нанотехно-
логий), имеющий, по крайней мере, по
одному из измерений линейный размер
от 1 нм до 100 нм.
Нанооптика
nanooptics
См. нанофотоника.
Наноплазмоника
nanoplasmonics
Раздел нанофотоники, изучает явления,
связанные с колебаниями электронов
проводимости в металлических нано-
структурах и наночастицах, взаимодей-
ствием этих колебаний со светом, ато-
мами и молекулами, с целью создания
сложных оптических наноустройств.
Наноразмер
nanosize
Размер в диапазоне от 1 нм до 100 нм.
Наносистема
nanosystem
Совокупность тел или частиц, которые
взаимодействуют как между собой, так
и с другими телами, в том числе из внеш-
ней среды, посредством обмена веще-
ством и энергией. Характерный размер
такой системы, по крайней мере, по одно-
му из измерений лежит в нанодиапазоне.
Нанонаука, наука о нанообъектах
Наносистема
гетерогенная
heterogeneous nanosystem
Наносистема, состоящая из нескольких
фаз.
Наносистема
гомогенная
homogeneous nanosystem
Наносистема, состоящая из одной фазы.
Наносистема замкнутая
closed nanosystem
Наносистема, изолированная от внеш-
него воздействия.
Наносистема открытая
open nanosystem
Наносистема, которая может обмени-
ваться с окружающей средой энергией
и веществом.
Наносистемная техника
nanosystem engineering
Полностью или частично созданные на
основе наноматериалов и нанотехноло-
гий функционально законченные систе-
мы и устройства, характеристики кото-
рых кардинальным образом отличаются
от показателей систем и устройств ана-
логичного назначения, созданных по
традиционной технологии.
Нанотехнология
nanotechnology
Общий термин, объединяющий техно-
логии, методы и процессы, включающие
необходимый этап манипуляции с веще-
ством на молекулярном (атомном) уров-
не, а также технологии создания систем,
имеющих, по крайней мере, по одному
из измерений, линейный размер менее
100 нм. Эти системы могут обладать со-
вершенно новыми физическими и хими-
ческими характеристиками, в результате
чего их свойства будут отличаться как от
Нанотехнология
свойств отдельных атомов и молекул, так
и от свойств массивного материала.
(Формулировка Технического комитета 229
ИСО).
Варианты определения
Совокупность методов и приемов, обе-
спечивающих возможность контролиру-
емым образом создавать и модифициро-
вать объекты, включающие компоненты
с размерами менее 100 нм, хотя бы в одном
измерении, и в результате этого получив-
шие принципиально новые качества, по-
зволяющие осуществить их интеграцию
в полноценно функционирующие систе-
мы большого масштаба; в более широ-
ком смысле этот термин охватывает так-
же методы диагностики, характеризации
и исследований таких объектов.
(Концепция развития в РФ работ в области
нанотехнологий до 2010 года)
Термин, относящийся к широкому спектру
различных технологий (технологических
процессов), при которых производятся из-
мерения характеристик, манипулирова-
ние, конструирование (синтез) объектов,
обладающих по крайней мере по одному
из измерений линейным размером менее
100 нм. В этих технологиях используют
свойства, отличающиеся от свойств мас-
сивных материалов аналогичного состава
и структуры (определение ASTM).
Нанотоксикология
nanotoxicology
Раздел токсикологии, в котором иссле-
дуются взаимодействия нанообъектов
с биологическими системами с акцен-
Нанотоксикология
том на объяснение связи между физиче-
скими и химическими свойствами нано-
материалов (такими как размер, форма,
свойства их поверхности, состав и сте-
пень агрегации) с индукцией токсиче-
ского ответа у биологических систем.
Нанофармацевтика
nanopharmaceutic
Раздел фармацевтики, связанный с соз-
данием и изучением нанообъектов,
включающих лекарства и пролекарства.
См. также нанодоставка.
Нанофотоника
nanophotonics
Научное и технологическое направление,
связанное с изучением и практическим
применением процессов распростране-
ния, рассеяния, поглощения и испуска-
ния света в нанодиапазоне, т. е. в области
размеров, меньших длины волны света.
К нанофотонике относится, в частно-
сти, вопрос о взаимодействии света с на-
нобъектами и наноструктурами.
Нанохимия
nanochemistry
Область химии, изучающая методы син-
теза, химического анализа, физико-
химические и термодинамические ха-
рактеристики, химические свойства
нанообъектов.
Наношкала,
нанодиапазон
nanoscale
Интервал линейных размеров прибли-
зительно от 1 нм до 100 нм.
Примечание: нижняя граница диапазо-
на выбрана таким образом, чтобы в чис-
ло нанообъектов не входили отдельные
атомы или небольшие группы атомов.
Наношкала, нанодиапазон
Наноэлектроника
nanoelectronics
Научное и технологическое направле-
ние, связанное с изучением и практи-
ческим применением процессов вза-
имодействия электрических зарядов с
электромагнитными полями в твердо-
тельных структурах, размеры элементов
которых лежат в нанодиапазоне.
Поверхность
surface
Граница раздела между двумя контакти-
рующими средами или средой и вакуу-
мом.
Тонкодисперсная
частица
fi ne particle
Частица, размеры которой более 0,1 мкм
и менее 2,5 мкм.
Ультрадисперсная
частица
ultrafi ne particle
То же, что и наночастица.
Частица
particle
1) Объект малого размера (начиная с ме-
зодиапазона (1)), который обладает опре-
деленными индивидуальными физи-
ческими и химическими свойствами
и может перемещаться. См. наночасти-
ца, тонкодисперсная частица.
2) См. элементарные частицы и квазича-
стица.
Наноэлектроника
2. Глава
Абляция
ablation
Унос вещества с поверхности твердого
тела потоком горячего газа путем эро-
зии, оплавления, сублимации, вызван-
ных внешним воздействием и (или) вза-
имодействием с окружающей средой.
Абляция лазерная
laser ablation
Абляция, вызванная лазерным облучени-
ем поверхности твердого тела.
Абляция ионная
ion ablation
Абляция, вызванная ионным облучением
поверхности твердого тела.
Абляция электронная
electron ablation
Абляция, вызванная электронным облу-
чением поверхности твердого тела.
Аминогруппа
amino group
Одновалентная группа — NH2, содержа-
щаяся во многих органических соедине-
ниях.
Аминокислоты
amino acids
Органические кислоты, содержащие
одну или несколько аминогрупп.
Аморфное веществo
amorphous substance
Твердое вещество, характеризующее-
ся изотропией физических свойств и от-
сутствием точки плавления. В отличие от
кристаллического вещества, расположе-
ние элементов структуры (атомов, групп
атомов, молекул и т. п.) не обладает стро-
гой периодичностью (отсутствует даль-
ний порядок), в то же время, существует
определенная согласованность в распо-
ложении соседних структурных элемен-
тов (ближний порядок).
Аннигиляция
annihilation
Явление уничтожения частицы и анти-
частицы (например, электрона и пози-
трона), сопровождающееся испусканием
квантов электромагнитного излучения
и (или) элементарных частиц.
Аэрогель
aerogel
Гель с газообразной дисперсной средой.
Аэрозоль
aerosol
Дисперсная система, в газовой дисперс-
ной среде которой находятся во взвешен-
ном состоянии твердые или жидкие ча-
стицы дисперсной фазы.
Белки
proteins
Высокомолекулярные природные поли-
меры, построенные из остатков амино-
кислот, соединенных амидной (пептид-
ной) связью -CO-NH-. Каждый белок
характеризуется специфичной амино-
кислотной последовательностью и ин-
дивидуальной пространственной струк-
турой (конформацией). На долю белков
приходится не менее 50% сухой массы
живой клетки. Функционирование бел-
ков лежит в основе важнейших процес-
сов жизнедеятельности организма.
Биологические
мембраны
biological membranes
Сложные высокоорганизованные над-
молекулярные структуры, ограничи-
вающие клетки и внутриклеточные ор-
ганоиды (митохондрии, хлоропласты,
лизосомы и др.). Представляют собой
Аннигиляция
пленки толщиной 5—10 нм, состоящие
главным образом из белков и липидов.
Важнейшая функция биологических
мембран — регуляция обмена веществ
между клеткой и средой и между различ-
ными отсеками внутри самой клетки.
Ближний порядок
short range ordering
Упорядоченность во взаимном располо-
жении атомов или молекул в веществе,
которая (в отличие от дальнего порядка)
повторяется лишь на расстояниях, со-
измеримых с расстояниями между ато-
мами.
Гель
gel
Дисперсная система, как правило, с жид-
кой дисперсной средой, содержащей
структурную сетку (каркас), образован-
ную частицами дисперсной фазы.
Гигантское
магнитосопротивление,
гигантское магнитное
сопротивление, ГМС
giant magnetoresistance,
GMR
Квантовый эффект, наблюдаемый в тон-
ких пленках и наноматериалах, состоя-
щих из чередующихся ферромагнитных
и немагнитных фаз (слоев). Эффект про-
является в существенном уменьшении
электрического сопротивления в при-
сутствии магнитного поля.
Дальний порядок
long range ordering
Упорядоченность во взаимном распо-
ложении атомов или молекул в веще-
стве (в жидком или твердом состоянии),
которая (в отличие от ближнего поряд-
ка) повторяется на расстояниях, мно-
го бо льших расстояний между атомами
(молекулами) в пределах всего макро-
скопического образца.
Дальний порядок
Дендример
dendrimer
Древообразный полимер, молекулы ко-
торого имеют большое число разветвле-
ний.
Дискретное
одноэлектронное
туннелирование
single-electron tunneling,
SET
Прохождение одиночных электронов че-
рез туннельный контакт в условиях ку-
лоновской блокады.
Дисперсная система
disperse system
Система из двух или большего числа фаз
с сильно развитой поверхностью раздела
межу ними.
Дисперсная среда
dispersing medium
Нераздробленная (непрерывная) часть
дисперсной системы.
Дисперсная фаза
discontinuous phase,
dispersed phase
Раздробленная (прерывная) часть дис-
персной системы.
Дифракция
diff raction
Явление отклонения от закона прямо-
линейного распространения волн лю-
бой природы, если оно не может быть
истолковано как результат отражения,
преломления или искривления лучей
в средах с непрерывно меняющимся по-
казателем преломления.
ДНК
DNA
Дезоксирибонуклеиновая кислота, см.
нуклеиновые кислоты.
Дырка
hole
Квазичастица, используемая для описа-
ния электронной системы полупрово-
Дендример
дников, полуметаллов и металлов, но-
ситель тока с положительным зарядом,
равным элементарному электрическому
заряду. Спин дырки равен ½, поэтому она
подчиняется статистике Ферми — Дира-
ка (фермион).
Зародышеобразование
nucleation
Процесс флуктуационного образования
центров выделения новой фазы, способ-
ных к самостоятельному существова-
нию. Различают гомогенное (в объеме
материнской фазы) и гетерогенное (на
посторонних частицах, стенках сосудов)
зародышеобразование. См. также нукле-
ация.
Золь
sol
Седиментационно устойчивая дисперс-
ная система с твердой дисперсной фазой
и жидкой дисперсной средой.
Зона валентная
valence band
Верхняя (по шкале энергий) электронная
зона из полностью заполненных элек-
тронами зон в твердом теле.
Зона запрещенная
forbidden band
Промежуток (по шкале энергий) между
соседними электронными зонами. В по-
лупроводниках наибольшее значение
имеет расстояние между потолком ва-
лентной зоны (максимальное значение
разрешенной энергии в этой зоне) и дном
зоны проводимости (минимальное разре-
шенное значение энергии в этой зоне).
Именно это значение обычно называют
шириной запрещенной зоны полупро-
водника.
Зона запрещенная
Зона проводимости
conduction band
Нижняя (по шкале энергий) электрон-
ная зона из незаполненных зон в твер-
дом теле. Диапазон разрешенных энер-
гий в зоне проводимости достаточен для
ускорения электронов в электрическом
поле и, соответственно, протекания
электрического тока.
Зона электронная, зона
(в твердом теле)
electron band, band
Область разрешенных энергий заметной
ширины (в отличие от узкого энергети-
ческого уровня свободного атома или
молекулы), возникающая из-за перекры-
тия волновых функций вследствие близ-
кого расположения атомов друг к другу
в твердом теле. Электроны, находящиеся
в пределах зоны, могут свободно переме-
щаться по кристаллу при наличии в этой
зоне свободных состояний (так называе-
мая незаполненная зона).
Интерференция
interference
Сложение в пространстве двух (или не-
скольких) волн, при котором в разных
его точках получается усиление или
ослабление амплитуды результирующей
волны. Интерференция характерна для
волн любой природы — звуковых, элек-
тромагнитных и др.
Катализ
catalysis
Увеличение скорости химической реак-
ции при воздействии веществ (катализа-
торов), которые участвуют в реакции, но
не входят в состав ее продуктов.
Зона проводимости
Катодолюминесценция
cathodoluminescence
Люминесценция, возникающая при воз-
буждении вещества электронным пуч-
ком.
Квазичастица
quasi-particle
Элементарное возбуждение среды, фун-
даментальное понятие квантовой теории
многих тел, радикально упрощающее
физическую картину описания широко-
го круга процессов, в частности, в кон-
денсированных средах.
Квантоворазмерный
эффект
quantum size eff ect
Общее название для группы эффектов,
возникающих как следствие сопостави-
мости области локализации волновой
функции системы с геометрическими
размерами этой системы.
Квантовый эффект
quantum eff ect
Физический эффект (явление), являю-
щийся следствием квантового характера
взаимодействия частиц в объекте и ис-
чезающий при классическом предель-
ном переходе.
Квантовый эффект
Холла
quantum Hall eff ect
Макроскопический квантовый эффект,
наблюдаемый при низких температу-
рах в тонком поверхностном слое по-
лупроводника, помещенного в силь-
ное магнитное поле, перпендикулярное
плоскости этого слоя. При этом элек-
трическое сопротивление, обуслов-
ленное эффектом Холла, в плоскости
слоя принимает дискретные значения,
а в перпендикулярном направлении —
равно нулю.
Квантовый эффект Холла