785987 046135

ISBN 5-98704-613-0

ÌÅÒÐÎËÎÃÈ×ÅÑÊÎÅ
ÎÁÅÑÏÅ×ÅÍÈÅ
 ÍÀÍÎÒÅÕÍÎËÎÃÈÉ
 È
ÏÐÎÄÓÊÖÈÈ 
ÍÀÍÎÈÍÄÓÑÒÐÈÈ

Ó×ÅÁÍÎÅ ÏÎÑÎÁÈÅ

ÌÅÒÐÎËÎÃÈ×ÅÑÊÎÅ  ÎÁÅÑÏÅ×ÅÍÈÅ
 ÍÀÍÎÒÅÕÍÎËÎÃÈÉ

Îáåñïå÷åíèå åäèíñòâà èçìåðåíèé â 
Ðîññèéñêîé Ôåäåðàöèè

Îáåñïå÷åíèå åäèíñòâà èçìåðåíèé â 
ñôåðå íàíîòåõíîëîãèé, íàíîìàòå-
ðèàëîâ è ïðîäóêöèè íàíîèíäóñòðèè

Ìåòîäû è ñðåäñòâà ìåòðîëîãè÷åñêî-
ãî îáåñïå÷åíèÿ èññëåäîâàíèé íàíî-
òåõíîëîãèé è îöåíêè ñîîòâåòñòâèÿ 
ïðîäóêöèè íàíîèíäóñòðèè

Ïðèêëàäíûå âîïðîñû ìåòðîëîãè÷å-
ñêîãî îáåñïå÷åíèÿ â ñôåðå íàíîòåõ-
íîëîãèé è ïðîäóêöèè íàíîèíäó-
ñòðèè

ISBN 978-5-98704-613-5

Метрологическое обеспечение нанотехнологий 
и продукции наноиндустрии

Авторы

Анашина О.Д.
Андрюшечкин С.Е.
Аневский С.И.
Бражник В.В.
Булыгин Ф.В.
Головань Л.А.
Горшкова Т.Б.
Гусев А.С.
Демин А.В.
Заботнов С.В.
Золотаревский Ю.М.
Иванов В.С.
Ильин А.П.
Качак В.В.
Кашкаров П.К.
Клековкин И.В.
Кононогов С.В.
Коршунов А.В.
Крутиков В.Н.
Котюк А.Ф.
Лахов В.М.
Левин А.Д.
Левин Г.Г.
Лысенко В.Г.
Лясковский В.Л.
Мазуренко С.Н.
Минаева О.А.
Минаев Р.В.
Морозов С.П.
Новиков Н.Ю.
Панов В.И.
Рукин Е.М.
Савченко А.Г.
Саприцкий В.И.
Тодуа П.А.
Толбанова Л.О.
Федянин А.А.
Хлевной Б.Б.
Широков С.С.
Шувалов Г.В.
Элькин Г.И.

Метрологическое 
обеспечение нанотехнологий 
и продукции наноиндустрии

Под редакцией В.Н. Крутикова

Москва
ЛОГОС

2020

УДК  006
ББК  30.10
 
М54
Авторы:

Анашина О.Д., Андрюшечкин С.Е., Аневский С.И., Бражников В.В., 
Булыгин Ф.В., Головань Л.А., Горшкова Т.Б., Гусев А.С., Демин А.В., 
Заботнов С.В., Золотаревский С.Ю., Золотаревский Ю.М., Иванов В.С., 
Ильин А.П., Качак В.В., Кашкаров П.К., Клековкин И.В., Кононогов С.В., 
Коршунов А.В., Крутиков В.Н., Котюк А.Ф., Лахов В.М., Левин А.Д., 
Левин Г.Г., Лысенко В.Г., Лясковский В.Л., Мазуренко С.Н., Минаева О.А., 
Минаев Р.В., Морозова С.П., Новиков Н.Ю., Окрепилов В.В., Панкина Г.В., 
Панов В.И., Рукин Е.М., Савченко А.Г., Саприцкий В.И., Тодуа П.А., 
Толбанова Л.О., Федянин А.А., Хлевной Б.Б., Широков С.С., Шувалов Г.В., 
Элькин Г.И.

М54  
Метрологическое обеспечение нанотехнологий и продукции нано-

индустрии: учеб. пособие / под ред. В.Н. Крутикова. – М.: Логос, 
2020. –  592 с.

ISBN 978-5-98704-613-5

Освещаются методы и средства метрологического обеспечения нано-
технологий и аналитического контроля наноматериалов. Рассмотрены 
меры по обеспечению единства измерений в Российской Федерации, 
ведущие тенденции развития нанотехнологий за рубежом и в России, 
обосновано формирование инфраструктуры центра метрологического 
обеспечения и оценки соответствия нанотехнологии и продукции нано-
индустрии. Описаны методы и средства метрологического обеспечения 
исследований нанотехнологий и оценки соответствия продукции нано-
индустрии. Раскрыты прикладные вопросы метрологического обеспе-
чения реализованных проектов в отдельных областях наноиндустрии 
в рамках Федеральной целевой программы «Развитие инфраструктуры 
наноиндустрии в Российской Федерации на 2008–2011 годы».
Для специалистов центров стандартизации и метрологии, метроло-
гических служб предприятий, поверителей, сотрудников санитарно-
эпидемиологической службы, проходящих переподготовку и приобре-
тающих дополнительную квалификацию в Академии стандартизации, 
метрологии и сертификации Росстандарта. Будет полезна студентам 
вузов, получающим образование в области нанотехнологии и нано-
метрологии.

УДК 006
ББК 30.10

ISBN 978-5-98704-613-5 
© Авторы, указанные на обороте
  титульного листа, 2020
© Логос, 2020

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие Г.И. Элькин, В.Н. Крутиков, Г.В. Панкина .....................9

Введение Г.И. Элькин, В.Н. Крутиков ..............................................................13

Раздел 1. Обеспечение единства измерений 
в Российской Федерации ............................................................................16

1.1. Законодательство Российской Федерации в области 
обеспечения единства измерений В.Н. Крутиков, 
Н.Ю. Новиков ........................................................................................................16

1.2. Современное состояние системы обеспечения единства 
измерений в Российской Федерации В.Н. Крутиков, 
В.М. Лахов ...............................................................................................................20

1.3. Основные положения «Стратегии обеспечения 
единства измерений в России до 2015 года» Г.И. Элькин, 
В.Н. Крутиков, С.А. Кононогов, В.М. Лахов ........................................33

Раздел 2. Обеспечение единства измерений в сфере 
нанотехнологий, наноматериалов и продукции 
наноиндустрии........................................................................................................45

2.1. Основные тенденции развития нанотехнологий 
за рубежом С.Н. Мазуренко, В.Н. Крутиков ....................................45

2.2. Основные направления развития нанотехнологий 
и наноиндустрии в Российской Федерации 
С.Н. Мазуренко, В.В. Качак, А.Г. Савченко, О.Д. Анашина ........51

Оглавление
6

2.3. Формирование нанотехнологической сети 
в Российской Федерации С.Н. Мазуренко, В.В. Качак, 
А.Г. Савченко, О.Д. Анашина  .....................................................................103

2.4. Аналитический обзор состояния метрологического 
обеспечения и стандартизации в области 
нанотехнологий В.Н. Крутиков, Ю.М. Золотаревский, 
С.Е. Андрюшечкин .............................................................................................113

2.5. О «Концепции обеспечения единства измерений, 
стандартизации, оценки соответствия и безопасности 
использования нанотехнологий, наноматериалов 
и продукции наноиндустрии в Российской Федерации 
до 2015 года» Г.И. Элькин, В.Н. Крутиков, В.М. Лахов, 
С.А. Кононогов, Ю.М. Золотаревский ...................................................132

2.6. Формирование инфраструктуры Центра 
метрологического обеспечения и оценки соответствия 
нанотехнологий и продукции наноиндустрии 
В.Н. Крутиков, В.М. Лахов, В.С. Иванов, В.В. Окрепилов, 
Ю.М. Золотаревский, Ф.В. Булыгин, В.Л. Лясковский, 
А.С. Гусев ................................................................................................................147

2.7. Метрологический центр «РОСНАНО» В.С. Иванов ........170

Раздел 3. Методы и средства метрологического 
обеспечения исследований нанотехнологий и оценки 
соответствия продукции наноиндустрии ................................175

3.1. Термины, определения и классификация объектов 
нанотехнологии и продукции наноиндустрии 
В.Н. Крутиков, В.В. Окрепилов, П.А. Тодуа ......................................175

3.2. Методы и средства измерений в сфере нанотехнологий 
В.Н. Крутиков, Ю.М. Золотаревский, А.Ф. Котюк .....................197

3.3. Методики и средства измерений линейных размеров 
в нанометровом диапазоне В.М. Лахов, П.А. Тодуа ..............216

3.4. Оптико-спектральные методы характеризации 
наночастиц А.Д. Левин, Е.М. Рукин ....................................................244

Оглавление
7

3.5. Метрологическое обеспечение нанотехнологий 
В.Н. Крутиков, В.М. Лахов, В.С. Иванов, А.Ф. Котюк, 
Ф.В. Булыгин ........................................................................................................272

3.6. Хроматографические методы анализа и их 
применение в наноиндустрии В.В. Бражников ......................307

Раздел 4. Прикладные вопросы метрологического 
обеспечения в сфере нанотехнологий и продукции 
наноиндустрии......................................................................................................331

4.1. Введение В.Н. Крутиков, В.М. Лахов, С.А. Кононогов, 
В.С. Иванов ...........................................................................................................331

4.2. Метрологическое обеспечение оптических 
характеристик излучателей на основе 
полупроводниковых многослойных наноразмерных 
гетероструктур (светодиодов) Т.Б. Горшкова, 
С.С. Широков, В.И. Саприцкий .................................................................334

4.3. Метрологическое обеспечение характеристик 
солнечных батарей на основе нанотехнологий 
С.П. Морозова, Б.Б. Хлевной, В.И. Саприцкий, В.С. Иванов, 
Ю.М. Золотаревский .......................................................................................359

4.4. Метрологическое обеспечение технологий 
формирования многослойных наноструктур 
на основе использования синхротронного излучения 
С.И. Аневский, В.С. Иванов, Ю.М. Золотаревский, 
В.Н. Крутиков, В.М. Лахов, О.А. Минаева, Р.В. Минаев ...........428

4.5. Метрологическое обеспечение нанотехнологий 
адресной доставки лекарств А.Д. Левин, Е.М. Рукин ...........468

4.6. Метрологическое обеспечение оптических 
постоянных наноструктурированных материалов 
Г.Г. Левин, А.В. Демин, П.К. Кашкаров, В.И. Панов, 
А.А. Федянин, С.В. Заботнов, Л.А. Головань ......................................483

Оглавление
8

4.7. Разработка системы метрологического 
обеспечения измерений термохимических параметров 
нанопорошков металлов Г.В. Шувалов, А.П. Ильин, 
И.В. Клековкин, А.В. Коршунов, Л.О. Толбанова .............................537

4.8. Метрологическое обеспечение параметров рельефа 
и шероховатости поверхности в нанометровом 
диапазоне методами интерферометрии высокого 
разрешения С.А. Кононогов, С.Ю. Золотаревский, 
В.Г. Лысенко ..........................................................................................................567

Заключение ...................................................................................................................588

Список основных сокращений ................................................................589

ПРЕДИСЛОВИЕ

Актуальность подготовки настоящего учебного пособия обуслов-
лена бурным развитием нанотехнологий в нашей стране и за рубежом, 
потребовавшим создания и развития инновационной инфраструк-
туры с системами инструментального, методического и кадрового 
обеспечения деятельности создаваемой в Российской Федерации 
нанотехнологической сети. Как известно, развитие нанотехнологий 
в России было выделено в число приоритетных направлений науки 
и техники, что нашло отражение в следующих документах: 
1. Президентская инициатива «Стратегия развития наноинду-
стрии» (№ Пр-688 от 24 апреля 2007 г.)
2. Программа развития наноиндустрии в Российской Федерации 
до 2015 года.
3. Концепция обеспечения единства измерений, стандартизации, 
оценки соответствия и безопасности использования нанотехноло-
гий, наноматериалов и продукции наноиндустрии в Российской 
Федерации до 2015 г.
4. Федеральная целевая программа «Развитие инфраструктуры 
наноиндустрии в Российской Федерации на 2008–2011 годы» (утвер-
ждена постановлением Правительства Российской Федерации № 471 
от 21 июня 2010 г.).
Следует отметить, что в приведенных выше нормативных доку-
ментах одним из важнейших направлений развития наноиндустрии 
в России признано создание методической составляющей, включа-
ющей обеспечение единства измерений (ОЕИ) параметров изделий 
наноиндустрии, стандартизацию, сертификацию, обеспечение безо-
пасности производства и применения изделий наноиндустрии.
Комплексность и сложность нанотехнологических проблем тре-
буют разработки новых государственных образовательных стандар-
тов, вынуждают искать новые подходы к подготовке специалистов. 
В этой связи большое внимание уделяется повышению уровня ме-
трологического образования кадров, связанных с производством 
и применением изделий наноиндустрии, а также с разработкой, 

Предисловие
10

производством и эксплуатацией соответствующего измерительного 
и аналитического оборудования. При этом подготовка кадров при-
звана решать две важнейших задачи:
1) подготовку молодых специалистов и аспирантов на базе веду-
щих высших профессиональных учебных заведений страны;
2) повышение квалификации работающих специалистов за счет 
переподготовки и организации их стажировок в научно-образова-
тельных центрах при ведущих метрологических институтах как у нас 
в стране, так и за рубежом.
С учетом интересов основного контингента пользователей было 
решено сформировать структуру учебного пособия в виде четырех 
разделов, на первый взгляд не зависящих друг от друга, а на самом 
деле тесно взаимосвязанных.
Раздел 1 посвящен детальному описанию состояния обеспече-
ния единства измерений в Российской Федерации и знакомит чи-
тателей с законодательной базой, построенной на концептуально-
стратегической основе последних лет.
В разделе 2 наряду с описанием тенденции развития нанотехно-
логий за рубежом основное внимание уделено детальному рассмот-
рению отечественной нанотехнологии и наноиндустрии на базе науч-
ных учреждений и производственных предприятий страны, для ко-
торых характерно интенсивное и многоплановое развитие особенно 
в последние годы.
Завершается раздел информацией о формировании инфраструк-
туры Центра метрологического обеспечения и оценки соответствия 
нанотехнологий и продукции наноиндустрии, а также о создании 
Метрологического центра «РОСНАНО».
Прогресс в области метрологического обеспечения оптико-фи-
зических и физико-химических измерений, используемых в нано-
индустрии, в значительной степени определяется возможностями 
новых высокоточных методов и средств анализа, позволяющих вы-
полнять измерения с предельной чувствительностью на уровне счета 
отдельных квантов с энергией 10 эВ и менее, с порогом обнаружения 
характеристических масс вещества порядка фемто- и аттограммов, 
с временным разрешением до нескольких аттосекунд, в спектраль-
ном диапазоне от гамма- и рентгеновского излучения до радио-
частотных длин волн.
Приборы, используемые в наноиндустрии, представляют собой 
наиболее современные и высокотехнологичные средства измере-
ний (СИ), основанные на последних достижениях в области тех-
нических наук. К ним относятся просвечивающие и сканирующие 
электронные микроскопы, различные виды сканирующих зондовых 

Предисловие
11

микроскопов, в том числе и оптические ближнепольные, оптиче-
ские конфокальные двухфотонные микроспектрометры, лазерные 
микроинтерферометры, микроспектрофотометры и ряд других вы-
сокочувствительных СИ.
Постоянно разрабатываются и внедряются в практику новые за-
конодательные и нормативные требования, методики измерений 
упомянутыми выше и другими высокотехнологичными приборами, 
основанными на сложных физико-химических явлениях и кванто-
вых взаимодействиях. Совершенствуются технологии аналитиче-
ского приборостроения, средства автоматизации и математического 
программного обеспечения. Поэтому для поддержания квалифика-
ции, соответствующей современному научно-техническому уров-
ню, даже специалистам, получившим высшее образование и уче-
ную степень всего несколько лет назад, необходимо постоянное 
обновление научно-технических знаний и методической информа-
ции.
Этим вопросам посвящена обширная совокупность монографий, 
статей, обзоров и докладов практически по всем направлениям раз-
вивающейся нанометрологии. В связи со сказанным выше, раздел 3, 
посвященный методам и средствам метрологического обеспечения 
исследований нанотехнологий и оценки соответствия продукции на-
ноиндустрии, было решено построить на основе обобщения инфор-
мации, содержащейся в трудах ряда отечественных и зарубежных уче-
ных, сумевших в доступной форме структурировать многочисленные 
сведения по вопросам, рассматриваемым в данном разделе. К ним 
относятся:
1. Публикации академика Ж.И. Алферова, неоднократно появ-
ляющиеся в журнале «Успехи физических наук» и других изданиях 
(например, Ж.И. Алферов и др. «Нанотехнология и зондовая микро-
скопия» и «Микросистемная техника»).
2. «Нанотехнологии, метрология, стандартизация и сертифи-
кация в терминах и определениях» / под ред. М.В. Ковальчука, 
П.А. Тодуа – М.: Техносфера, 2009. – 136 с. 
3. Пул Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии. – М.: Техносфера, 2001. – 
328 с.
4. Leach R.K. and oth. Fundamental Principles of Engineering 
Nanometrology, 2007. – 288 p.
5. Czichos H. Metrology and Materials Science and Technology, 
Measure, 2009. V. 4. № 4. December. – 48 p. (Review).
Некоторые отрывки из этих работ цитируются, поскольку содер-
жат наиболее простые и четкие формулировки или краткие описания 
процессов, явлений и наиболее характерных особенностей методов 

Предисловие
12

и средств метрологического обеспечения нанотехнологий, произ-
водства наноматериалов и продукции наноиндустрии.
 Последний раздел подготовлен преимущественно метролога-
ми ФГУП «ВНИИОФИ», ФГУП «ВНИИМС» и ФГУП «СНИИМ» 
при  участии специалистов МГУ им. М.В. Ломоносова и НИЦ «Кур-
чатовский институт», специализирующимися в основном в обла-
сти метрологического обеспечения проектов по проблемам нано-
электроники, нанофотоники, нанодиагностики, нанобиотехноло-
гии и контроля параметров порошковых наноматериалов.
 Авторы пособия будут весьма признательны всем пользовате-
лям, приславшим свои критические замечания в адрес издательства 
или непосредственно во ФГУП «ВНИИОФИ» по адресу: г. Москва, 
119361, ул. Озерная, 46, дирекция.
Авторский коллектив выражает искреннюю благодарность и глу-
бокую признательность специалистам метрологических институтов, 
организаций и центров Росстандарта за помощь и содействие при 
формировании материалов этого учебного пособия.

ВВЕДЕНИЕ

Измерения сопровождают жизнь и деятельность человека с дав-
них времен. Одним из древнейших известных законов об измерениях 
является законодательный акт, написанный на глиняных табличках 
в древнем Шумере более 2100 лет до н. э. В законе, изданном пра-
вителем Ур-Наммой, учреждается неизменная система мер и весов, 
а его направленность характеризуется следующими словами: «сирота 
не должен становиться жертвой богача, вдова – жертвой сильного, 
человек одной монеты – жертвой человека ста монет».
С течением времени люди стали понимать, что надо не только 
уметь измерять, но и соблюдать при этом единообразие. Возможность 
измерения одинаковых величин в пределах хотя бы одной страны 
с использованием одних и тех же единиц величин с давних времен 
интересовала правителей государств. Однако в условиях натураль-
ного хозяйства и слабости связей между отдельными странами фор-
мулировались лишь локальные системы мер: английская, немецкая, 
французская.
В России в период ХII–ХVI вв. на различных территориях при-
меняли различные меры. Так, новгородская гривна в два раза превы-
шала по весу московскую. На вятской земле массу измеряли в «куни-
цах». Даже после появления «казенных» мер сохранялись различия 
при их использовании. Например, царские власти принимали зерно 
«с верхами», а жалование выдавали «под гребло», т.е. не выше края 
соответствующей емкости.
В ХVII–XVIII вв. был издан целый ряд царских указов, направлен-
ных на приведение русских мер в определенную систему. Во времена 
Петра I русские меры были приведены в соответствие с английской 
системой. Сажень приравняли к 7 английским футам, единицей ве-
са стал английский фунт. В 1827 г. высочайшим указом была учреж-
дена специальная комиссия для приведения в порядок мер и весов 
в России. Плодами ее многолетней работы стали закон «О системе 
российских мер и весов» (1835 г.) и «Положение о мерах и весах» 
(1842 г.). Развитие экономики России в последующий период и ее 
большая территория все-таки не позволяли адекватно удовлетворять 
возникающие потребности в точных измерениях на всей территории 
страны.