eng
Выпуск #1/2012
Л.Пертенава
Труд, успех, восторги – итоги всероссийского школьного конкурса “От инфузории до атома”
Труд, успех, восторги – итоги всероссийского школьного конкурса “От инфузории до атома”
Просмотры: 2469
Завершился конкурс школьников “От инфузории до атома”, посвященный использованию зондового микроскопа ФемтоСкан в творческих целях. Организаторы – ЗАО “Центр перспективных технологий” и Школьная Лига РОСНАНО. В рамках конкурса участники его должны были предложить свой взгляд на образы микромира, проявить научную смекалку, побороться за право участия во втором туре. Отборочный тур включал выполнение трех заданий: получение изображения, его обработку с помощью специальной программной среды ФемтоСкан Он-лайн, создание презентации, содержащей полученные изображения и сформировавшиеся в ходе работы наблюдения автора.
Теги: atom competition microworld images software environment атом инфузория конкур infusorium образы микромира программная среда
Завершился конкурс школьников "От инфузории до атома", посвященный использованию зондового микроскопа ФемтоСкан в творческих целях. Организаторы – ЗАО "Центр перспективных технологий" и Школьная Лига РОСНАНО.
В рамках проходившего в октябре–ноябре 2011 года конкурса его участники должны были предложить свой взгляд на образы микромира, проявить научную смекалку, побороться за право участия во втором туре. Отборочный тур включал выполнение трех заданий: получение изображения, его обработку с помощью специальной программной среды ФемтоСкан Он-лайн, создание презентации, содержащей полученные изображения и сформировавшиеся в ходе работы наблюдения автора.
Экспертная комиссия, которую возглавлял сотрудник Центра перспективных технологий, с.н.с. химического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова, кандидат ф.-м.н. А.Большакова, в течение двух недель изучала присланные на конкурс работы. Комиссия отметила, что, объявляя конкурс "От инфузории до атома", организаторы и предположить не могли, насколько современные школьники изобретательны, любознательны и трудолюбивы. В результате анализа работ юных ученых комиссия пришла к пониманию, что у российской науки есть будущее.
Отдельное внимание заслуживает география конкурса. В нем приняли участие школьники из Москвы, С.-Петербурга, Белгорода, Новосибирска, Уфы, Екатеринбурга, Иваново, Комсомольска-на-Амуре, Пензы, Таганрога, Ульяновска, Чебоксар, Ставрополя и других городов России. Была принята заявка даже из Симферополя. Причем существенный процент участников конкурса учится в сельских школах.
Тематика представленных на отборочный тур работ отличалась разнообразием: проводились исследования крови, воды, кристаллов, пыли, строения паутины. Школьники изучали мышку-альбиноса, рептилий, насекомых, микроорганизмы, плесень и цветы, проводили плазмолиз и другие химические реакции. Все это в очередной раз продемонстрировало живой интерес школьников к различным проявлениям окружающего мира.
Победители отборочного тура
А.Демкив "Изучение приспособлений насекомоядных растений к хищничеству" (г. Москва).
Р.Дерябина "Исследование мышки-альбиноса" (г. Уфа).
Ю.Еремина "Исследование состава крови человека" (г. Железногорск, Красноярский край).
С.Захаров "Исследование хлореллы" (г. Новосибирск).
С.Кузнецов "Завораживающая капелька" (г. Саров, Нижегородская обл.).
А.Лемешкова "Исследование особенности куколки Махаона" (г. Железногорск, Красноярский край).
Нгует Куе Нгуен Минь "Пламя" (г. Москва).
Н.Прокофьева "Тайны моего здоровья в одной капле крови"(г. Железногорск, Красноярский край).
Г.Столетов "Исследование плазмолиза и коловраток" (г. Белгород).
Р.Шафиков "Строение и свойства паутины" (Давлеканово, Башкортостан).
По итогам двух отборочных туров победительницей признана ученица 11 класса КГОАУ "Школа космонавтики", г. Железногорска – Ю.Еремина.
Церемония награждения состоялась 19 и 20 декабря в Москве, куда победительница приехала вместе со своим педагогом-руководителем Е.В.Селезовой.
Во время пребывания в столице Ю.Еремина прошла научный мастер-класс по СЗМ ФемтоСкан и программному обеспечению ФемтоСкан Он-лайн под руководством научного сотрудника Г.Мешкова, приняла участие в Научно-техническом совете компании и запуске нового производства Центра.
При содействии Е.Гудилина победительница и ее руководитель побывали в одной из лабораторий химического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова, где увидели современные исследовательские приборы и ознакомились с принципами их работы (рис.1). Сотрудник факультета М.Шехирева детально рассказал о лаборатории и используемом в ней оборудовании.
На вручении победительнице главного приза конкурса – планшетного компьютера iPad2 – генеральный директор Центра перспективных технологий И.В.Яминский отметил, что Юля – трижды герой: во-первых, она приняла участие в сложном конкурсе, во-вторых, стала его победителем, в-третьих, для получения премии совершила большой перелет Красноярск–Москва (рис.2).
Ниже предлагается ознакомиться с описанием исследований и результатов работы на СЗМ ФемтоСкан в программной среде ФемтоСкан Он-лайн, составленным на основании отчета Ю.Ереминой.
Для исследования была выбрана биологическая жидкость – кровь. После ее забора по специальным методикам готовились препараты для дальнейшего изучения.
Одна часть изучалась в соответствии с требованиями условий конкурса с помощью оптического микроскопа (рис.3, другая – с использованием сканирующего зондового микроскопа (СЗМ) (рис.4).
Результаты первого этапа конкурса:
Получение изображений препаратов крови с использованием оптического микроскопа и СЗМ.
• Создание обработанных изображений с помощью программы ФемтоСкан Он-лайн.
Задание второго этапа конкурса заключалось в проведении на поверхности графита литографического процесса локального анодного окисления (ЛАО). Для реализации этого этапа был выбран герб г.Железногорска с изображением медведя, разрывающего ядро атома (рис.6).
Основная деятельность градообразующих предприятий Железногорска – работа в сфере атомной промышленности, а герб символизирует возможность сибирских ученых эффективно работать в области ядерной энергетики.
Исследование осуществлялось в два этапа. Итогом первого стало теоретическое изучение возможности метода ЛАО для проведения литографического процесса на графите – технологии переноса рисунка с шаблона на конкретную поверхность (полимерную пластинку, полупроводниковую подложку, графит).
Важно отметить, что ЛАО – электрохимическое окисление ограниченной области поверхности образца посредством приложения разности потенциалов между ним и иглой зондового микроскопа.
Практическая часть второго этапа конкурса – реализация ЛАО с помощью СЗМ ФемтоСкан. Зонд и поверхность образца выступали здесь как катод и анод, причем в зависимости от прикладываемого потенциала возможно было варьирование толщины выращиваемого анодного оксида.
Как известно, ЛАО может быть полным или частичным. Первый вариант ЛАО поверхности графита приводит к образованию полостей:
C (графит) + H2O → CO2↑ + H2↑;
C (графит) + 2H2O → CO↑ + 2H2↑ .
Частичное ЛАО осуществляется с образованием оксида графита:
8C + 4H2O = C8O2OH)2 + 3H2.
При увеличении расстояния между электродами может происходить такое окисление графита с образованием выпуклых областей, причем процесс начинается, когда напряжение между зондом и образцом достигает порогового значения, которое, как и в случае полного окисления, зависит от влажности воздуха. Так, при ее увеличении с 25 до 75% пороговое напряжение снижается с 6 до 3,5 В. При этом высота выпуклых областей достигает 4 нм. Важно отметить, что поверхность окисленных областей характеризуется коэффициентом трения, превосходящим на порядок этот параметр для немодифицированного графита.
Можно предположить, что выпуклые участки имеют структуру оксида графита (рис.6). В верхних слоях материала образуются единичные вакансии, через которые под действием электрического поля с поверхности в межслоевое пространство диффундируют молекулы воды, что приводит к локальному росту расстояний между слоями графита и позволяет объяснить появление на поверхности рельефа.
Изучение научной литературы позволило сделать следующие выводы:
Основное влияние на кинетику ЛАО графита оказывают напряжения между зондом и образцом, концентрация водяных паров в атмосфере, форма и материал иглы.
ЛАО графита можно осуществлять в режимах полного и частичного окисления. В первом случае образуются полости в углеродных слоях. Во втором – слой оксида графита.
Метод ЛАО можно использовать для формирования наноструктур из углеродных материалов, причем пленка оксида графита может служить изолятором в устройствах наноэлектроники.
Изображение, полученное ЛАО-методом представлено на рис.7.
Наряду с проделанной и описанной выше работой на мастер-классе с помощью контактного режима атомно-силовой микроскопии изучалась поверхность CD-диска Такая микроскопия является наиболее часто применяемым методом практического использования СЗМ. Обусловлено это широким спектром возможностей для исследования образцов изделий, а также разнообразием задач и ценностью получаемой информации, причем приготовление образцов стандартно для данного режима работы.
По мнению Ю. Ереминой, работа на СЗМ ФемтоСкан оказалась в целом вполне понятна для восприятия подготовленными школьниками. Изображения, полученные и обработанные в программе ФемтоСкан Он-лайн, наглядны и информативны. ■
В рамках проходившего в октябре–ноябре 2011 года конкурса его участники должны были предложить свой взгляд на образы микромира, проявить научную смекалку, побороться за право участия во втором туре. Отборочный тур включал выполнение трех заданий: получение изображения, его обработку с помощью специальной программной среды ФемтоСкан Он-лайн, создание презентации, содержащей полученные изображения и сформировавшиеся в ходе работы наблюдения автора.
Экспертная комиссия, которую возглавлял сотрудник Центра перспективных технологий, с.н.с. химического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова, кандидат ф.-м.н. А.Большакова, в течение двух недель изучала присланные на конкурс работы. Комиссия отметила, что, объявляя конкурс "От инфузории до атома", организаторы и предположить не могли, насколько современные школьники изобретательны, любознательны и трудолюбивы. В результате анализа работ юных ученых комиссия пришла к пониманию, что у российской науки есть будущее.
Отдельное внимание заслуживает география конкурса. В нем приняли участие школьники из Москвы, С.-Петербурга, Белгорода, Новосибирска, Уфы, Екатеринбурга, Иваново, Комсомольска-на-Амуре, Пензы, Таганрога, Ульяновска, Чебоксар, Ставрополя и других городов России. Была принята заявка даже из Симферополя. Причем существенный процент участников конкурса учится в сельских школах.
Тематика представленных на отборочный тур работ отличалась разнообразием: проводились исследования крови, воды, кристаллов, пыли, строения паутины. Школьники изучали мышку-альбиноса, рептилий, насекомых, микроорганизмы, плесень и цветы, проводили плазмолиз и другие химические реакции. Все это в очередной раз продемонстрировало живой интерес школьников к различным проявлениям окружающего мира.
Победители отборочного тура
А.Демкив "Изучение приспособлений насекомоядных растений к хищничеству" (г. Москва).
Р.Дерябина "Исследование мышки-альбиноса" (г. Уфа).
Ю.Еремина "Исследование состава крови человека" (г. Железногорск, Красноярский край).
С.Захаров "Исследование хлореллы" (г. Новосибирск).
С.Кузнецов "Завораживающая капелька" (г. Саров, Нижегородская обл.).
А.Лемешкова "Исследование особенности куколки Махаона" (г. Железногорск, Красноярский край).
Нгует Куе Нгуен Минь "Пламя" (г. Москва).
Н.Прокофьева "Тайны моего здоровья в одной капле крови"(г. Железногорск, Красноярский край).
Г.Столетов "Исследование плазмолиза и коловраток" (г. Белгород).
Р.Шафиков "Строение и свойства паутины" (Давлеканово, Башкортостан).
По итогам двух отборочных туров победительницей признана ученица 11 класса КГОАУ "Школа космонавтики", г. Железногорска – Ю.Еремина.
Церемония награждения состоялась 19 и 20 декабря в Москве, куда победительница приехала вместе со своим педагогом-руководителем Е.В.Селезовой.
Во время пребывания в столице Ю.Еремина прошла научный мастер-класс по СЗМ ФемтоСкан и программному обеспечению ФемтоСкан Он-лайн под руководством научного сотрудника Г.Мешкова, приняла участие в Научно-техническом совете компании и запуске нового производства Центра.
При содействии Е.Гудилина победительница и ее руководитель побывали в одной из лабораторий химического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова, где увидели современные исследовательские приборы и ознакомились с принципами их работы (рис.1). Сотрудник факультета М.Шехирева детально рассказал о лаборатории и используемом в ней оборудовании.
На вручении победительнице главного приза конкурса – планшетного компьютера iPad2 – генеральный директор Центра перспективных технологий И.В.Яминский отметил, что Юля – трижды герой: во-первых, она приняла участие в сложном конкурсе, во-вторых, стала его победителем, в-третьих, для получения премии совершила большой перелет Красноярск–Москва (рис.2).
Ниже предлагается ознакомиться с описанием исследований и результатов работы на СЗМ ФемтоСкан в программной среде ФемтоСкан Он-лайн, составленным на основании отчета Ю.Ереминой.
Для исследования была выбрана биологическая жидкость – кровь. После ее забора по специальным методикам готовились препараты для дальнейшего изучения.
Одна часть изучалась в соответствии с требованиями условий конкурса с помощью оптического микроскопа (рис.3, другая – с использованием сканирующего зондового микроскопа (СЗМ) (рис.4).
Результаты первого этапа конкурса:
Получение изображений препаратов крови с использованием оптического микроскопа и СЗМ.
• Создание обработанных изображений с помощью программы ФемтоСкан Он-лайн.
Задание второго этапа конкурса заключалось в проведении на поверхности графита литографического процесса локального анодного окисления (ЛАО). Для реализации этого этапа был выбран герб г.Железногорска с изображением медведя, разрывающего ядро атома (рис.6).
Основная деятельность градообразующих предприятий Железногорска – работа в сфере атомной промышленности, а герб символизирует возможность сибирских ученых эффективно работать в области ядерной энергетики.
Исследование осуществлялось в два этапа. Итогом первого стало теоретическое изучение возможности метода ЛАО для проведения литографического процесса на графите – технологии переноса рисунка с шаблона на конкретную поверхность (полимерную пластинку, полупроводниковую подложку, графит).
Важно отметить, что ЛАО – электрохимическое окисление ограниченной области поверхности образца посредством приложения разности потенциалов между ним и иглой зондового микроскопа.
Практическая часть второго этапа конкурса – реализация ЛАО с помощью СЗМ ФемтоСкан. Зонд и поверхность образца выступали здесь как катод и анод, причем в зависимости от прикладываемого потенциала возможно было варьирование толщины выращиваемого анодного оксида.
Как известно, ЛАО может быть полным или частичным. Первый вариант ЛАО поверхности графита приводит к образованию полостей:
C (графит) + H2O → CO2↑ + H2↑;
C (графит) + 2H2O → CO↑ + 2H2↑ .
Частичное ЛАО осуществляется с образованием оксида графита:
8C + 4H2O = C8O2OH)2 + 3H2.
При увеличении расстояния между электродами может происходить такое окисление графита с образованием выпуклых областей, причем процесс начинается, когда напряжение между зондом и образцом достигает порогового значения, которое, как и в случае полного окисления, зависит от влажности воздуха. Так, при ее увеличении с 25 до 75% пороговое напряжение снижается с 6 до 3,5 В. При этом высота выпуклых областей достигает 4 нм. Важно отметить, что поверхность окисленных областей характеризуется коэффициентом трения, превосходящим на порядок этот параметр для немодифицированного графита.
Можно предположить, что выпуклые участки имеют структуру оксида графита (рис.6). В верхних слоях материала образуются единичные вакансии, через которые под действием электрического поля с поверхности в межслоевое пространство диффундируют молекулы воды, что приводит к локальному росту расстояний между слоями графита и позволяет объяснить появление на поверхности рельефа.
Изучение научной литературы позволило сделать следующие выводы:
Основное влияние на кинетику ЛАО графита оказывают напряжения между зондом и образцом, концентрация водяных паров в атмосфере, форма и материал иглы.
ЛАО графита можно осуществлять в режимах полного и частичного окисления. В первом случае образуются полости в углеродных слоях. Во втором – слой оксида графита.
Метод ЛАО можно использовать для формирования наноструктур из углеродных материалов, причем пленка оксида графита может служить изолятором в устройствах наноэлектроники.
Изображение, полученное ЛАО-методом представлено на рис.7.
Наряду с проделанной и описанной выше работой на мастер-классе с помощью контактного режима атомно-силовой микроскопии изучалась поверхность CD-диска Такая микроскопия является наиболее часто применяемым методом практического использования СЗМ. Обусловлено это широким спектром возможностей для исследования образцов изделий, а также разнообразием задач и ценностью получаемой информации, причем приготовление образцов стандартно для данного режима работы.
По мнению Ю. Ереминой, работа на СЗМ ФемтоСкан оказалась в целом вполне понятна для восприятия подготовленными школьниками. Изображения, полученные и обработанные в программе ФемтоСкан Он-лайн, наглядны и информативны. ■
Отзывы читателей
