Способ исследования нанотоковых сегнетоэлектрических проявлений гелей оксигидратов d- и f- элементов и устройство для обнаружения таких нанотоковых пульсирующих сегнетоэлектрических проявлений

Группа изобретений относится к анализу агрегационной устойчивости наночастиц коллоидных систем, а именно гелей оксигидратов d- и f-элементов. Для этого синтезируют гель оксигидрата d- и f-элементов из солей оксихлорида d- и f-элементов при добавлении раствора едкого натра или аммиака. Затем готовый гель помещают в устройство для обнаружения нанотоковых пульсирующих сегнетоэлектрических проявлений. Устройство представляет собой емкость в форме стакана, содержащую нижний графитовый электрод, в которую вертикально с зазором установлен верхний графитовый электрод, соединенные друг с другом через усилитель напряжения, при этом один из электродов вращается с постоянной скоростью 0,5 об/мин. Напряжение между электродами замеряют в течение 5-8 ч каждые сутки на протяжении 70-90 сут, а затем производят фильтрацию полученных результатов измерения, преобразование напряжения между электродами в ток пульсаций по формуле I = 0,2*10-6*U. Далее проводят построение фазовых портретов аттракторов в математической программе MathLab, на фазовом портрете точечно увеличивают участки спектров токовых пульсаций, открывая каустик или электроакустическую голограмму, и производят изучение структуры голограммы. Группа изобретений обеспечивает визуальное изображение фрагментов структуры кластеров воды, анализ которых поможет изучить и исследовать структуру гелей оксигидратов d- и f-элементов в различные моменты времени. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 12 ил.

 

Способ исследования нанотоковых сегнетоэлектрических проявлений гелей оксигидратов d- и f- элементов и устройство для обнаружения таких нанотоковых пульсирующих сегнетоэлектрических проявлений

Изобретение относится к области исследования и анализа материалов, а именно коллоидных систем.

Изобретение позволяет изучить агрегационную устойчивость наночастиц коллоидных систем, в частности гелей оксигидратов d- и f- элементов, путем фиксации и измерения возникающих в них пульсаций электрического нанотока, анализа и построения на базе полученных данных электроакустических голограмм.

Исследование свойств гелей оксигидратов d- и f- элементов, например, циркония, олова, железа, алюминия, иттрия и т.д., и их структуры различными методами позволит в будущем получить различные модификации свойств гелей и их характеристик, в том числе стабильных во времени, а также позволит понять природу гелей неорганических полимеров, химических превращений в полимерных цепях.

Существует ряд методов исследования коллоидных систем, такие как ультрамикроскопия, электронная микроскопия, нефелометрия и турбидиметрия, метод двойного лучепреломления, рентгенография, электронография.

Коллоидные системы также исследуют посредством пропускания через них электрического тока или путем приложения электромагнитного излучения.

Так известен способ измерения функции распределения коллоидных частиц по размерам в водном растворе (RU 2634096, МПК G01N15/02, G01N27/06, G06F17/18, опубл. 23.10.2017 г.), заключающийся в помещении исследуемого коллоидного раствора в ячейку, представляющую собой плоский конденсатор, поляризацию раствора под действием внешнего электрического поля с напряженностью 1-103 В/см, измерение характеристик среды, их компьютерную обработку: расчет по формуле распределение по размерам коллоидных частиц.

Также известен способ определения изменения степени агрегативной устойчивости коллоидных частиц остаточной нефти и связанной воды нефтеносного пласта после воздействия на него нефтевытесняющими реагентами (RU 2003079, МПК G01N22/00, опубл. 15.11.1993 г.), заключающийся в прокачке оторочки химического реагента через модель нефтеносного пласта, воздействие на нее электромагнитным излучением, определение наивероятнейших времен релаксации поляризации и суждение по полученным данным об изменении степени агрегативной устойчивости коллоидных частиц.

Однако известные способы не позволяют диагностировать и изучить все процессы, происходящие в гелях оксигидратов d- и f- элементов, а также эволюцию их свойств.

В ранних исследованиях профессора Сухарева Ю. И. (Сухарев Ю. И., Марков Б. А. Нелинейность гелевых оксигидратных систем. Екатеринбург: УрО РАН. 2005. 468c.) было доказано, что в гелях оксигидратов d- и f- элементов присутствуют самопроизвольные выплески (пульсации, импульсы) электрического нанотока, вызванные заряженными нанокластерными движениями в геле.

Пульсирующие нанотоки указывают на постоянные изменения, происходящие в гелях оксигидратов d- и f- элементов - агрегация или слипание крупных частиц и высвобождение при этом легких носителей заряда.

Именно, измерение и анализ возникающих самопроизвольных пульсирующих нанотоков, их природы и механизма возникновения, позволяет детально исследовать эволюцию и процессы структурообразования в гелях оксигидратов d- и f- элементов, синтезированных в различных условиях. Эти исследования в свою очередь могут быть использованы в промышленности (в катализаторах), медицине и научных исследованиях.

Известен способ получения электрического тока в гелевых оксигидратных системах (RU 2300161, МПК Н01М6/22, Н0М8/20, опубл. 27.05.2007 г.), заключающийся в получении геля оксигидрата металла путем щелочного осаждения из раствора соли металла, помещении свежеприготовленного геля оксигидрата металла в полую трубку с закрепленными на концах платиновыми электродами, с которых снимается электрический ток на аккумулирующей установке.

Также известен способ уничтожения патогенных и условно-патогенных микроорганизмов (RU 2500430, МПК A61L2/03; А61L2/16; A61L101/34, опубл. 10.12.2013 г.), основанный на обработке среды, содержащей патогенные и условно-патогенные микроорганизмы, дезинфицирующей композицией, представляющей собой гель оксигидрата металла, получаемый путем щелочного осаждения из раствора соли хлоридов металла раствором аммиака. Свежеприготовленный гель оксигидрата металла помещают в электрохимическую ячейку с графитовыми электродами прибора для формирования заряженных кластерных частиц металла и добавляют бактериальный раствор среды, разбавленный дистиллированной водой, воздействуют на среду поляризационными потоками кластерных оксигидратных частиц геля оксигидрата металла от 2-х до 6 часов, при этом для образования гелей оксигидратов металлов в качестве соли хлоридов металлов выбраны соли хлоридов циркония или железа.

В данном способе использована электрохимическая ячейка с графитовыми электродами для исследования спайковых всплесков нанокластеров (самопроизвольных нанотоков) оксигидратных гелей в бактериальной среде, представляющая собой прямоугольную ячейку, на двух противоположных сторонах которой закреплены графитовые электроды, на расстоянии не более 70 мм. Контакты электродов подключены к электронному регистрирующему устройству (RU 2500430, МПК A61L 2/03; А61L 2/16; A61L 101/34, опубл. 10.12.2013 г.).

Известные устройства для получения электрического тока и исследования спайковых всплесков нанокластеров оксигидратных гелей в бактериальной среде могут быть использованы для обнаружения нанотоковых пульсирующих сегнетоэлектрических проявлений гелей оксигидратов d- и f- элементов.

Однако известные устройства обладают низкой точностью и информативностью, связанной с измерением пульсирующих нанотоков в гелях оксигидратов только относительно неподвижной плоскости электродов, помещенных в гель. В исследуемой коллоидной системе отсутствует перемешивание («шевеление»), что не обеспечивает пересечение поверхности графитовых электродов с потоками движения заряженных наночастиц (кластеров) коллоидной системы.

Для получения объемных фазовых изображений (аттракторов) заряженных кластеров оксигидратных частиц гелей необходимо получить точки пересечения потоков их движения с поверхностью электрода. Для этого секущая поверхность, в частности поверхность электрода, должна перемещаться в коллоидной системе (геле) по определенному, известному закону, нормально пересекая орбиты движущихся кластеров.

Известные способы и устройства не позволяют получить представление о структуре гелей оксигидратов d- и f- элементов, проявляющих сегнетоэлектрические свойства, изменении во времени их структуры, а лишь обеспечивают фиксирование самопроизвольных пульсаций электрического нанотока в геле.

Таким образом, задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в разработке способа, позволяющего получить представление о структуре гелей оксигидратов d- и f- элементов путем исследования нанотоковых пульсирующих сегнетоэлектрических проявлений гелей, и создании установки, обеспечивающей повышение точности и информативности обнаружения нанотоковых пульсирующих проявлений гелей оксигидратов d- и f- элементов.

Решение поставленной задачи в способе исследования нанотоковых сегнетоэлектрических проявлений гелей оксигидратов d- и f- элементов, заключается в следующем: приготавливают гель оксигидрата d- и f- элементов, синтезируя его из солей оксихлорида d- и f- элементов добавлением раствора едкого натра или аммиака, помещают готовый гель в устройство для обнаружения нанотоковых пульсирующих сегнетоэлектрических проявлений гелей оксигидратов d- и f- элементов, представляющее собой емкость, содержащую нижний графитовый электрод, в которую вертикально с зазором установлен верхний графитовый электрод, при этом один из электродов вращается с постоянной скоростью 0,5 оборотов в минуту, замеряют напряжение между электродами в течение 5-8 часов каждые сутки на протяжении 70-90 суток, производят фильтрацию полученных результатов измерения, преобразование напряжения между электродами в ток пульсаций по формуле:

I = 0,2*10-6*U,

построение фазовых портретов аттракторов в математической программе, на фазовом портрете точечно увеличивают участки спектров токовых пульсаций, открывая каустик или электроакустическую голограмму, производят изучение структуры голограммы.

Фазовый портрет аттракторов представляет собой трехмерную систему значений тока в настоящий момент времени и значений тока в следующий момент времени.

Решение поставленной задачи в устройстве для обнаружения нанотоковых пульсирующих сегнетоэлектрических проявлений гелей оксигидратов d- и f- элементов, содержащем емкость с двумя графитовыми электродами, соединенными друг с другом через электронное регистрирующее устройство, достигается тем, что емкость выполнена в форме стакана, содержащего нижний электрод, в которой вертикально установлен с зазором верхний электрод, при этом один из электродов вращается с постоянной скоростью 0,5 оборотов в минуту, электроды соединены с электронным регистрирующим устройством через усилитель напряжения, измеряемого между электродами, емкость экранирована от влияния внешнего электромагнитного фона.

В частных случаях реализации устройства:

Емкость выполнена из полимерного материала.

Емкость выполняет функцию нижнего электрода и изготовлена из графита.

Вращение электрода осуществлено посредством маломощного электрического привода.

Зазор выполнен между стенками и дном емкости и верхним электродом.

Использование предложенного устройства обеспечивает повышение точности и информативности обнаружения нанотоковых пульсирующих сегнетоэлектрических проявлений гелей оксигидратов d- и f- элементов благодаря перемешиванию («шевелению») геля за счет вращения электрода, использованию усилителя напряжения, возникающего между электродами, и экранированию емкости.

Вращение электрода обеспечивает перемешивание («шевеление») геля оксигидрата d- и f- элементов, что позволяет исключить «паразитные» (случайные) процессы в геле: импульсы нанотоков, не соответствующие реальным процессам. Вращение электрода также обеспечивает пересечение потоков движения заряженных кластеров с поверхностью электродов, что позволяет зафиксировать пульсации электрического нанотока во всем объеме коллоидной системы, а не только у поверхности электродов.

Наличие усилителя напряжения, возникающего между электродами, позволяет зафиксировать для дальнейшего анализа минимальные пульсации электрического нанотока в геле.

Экранирование емкости с гелем позволяет предотвратить искажение результатов измерений внешним электромагнитным фоном.

В совокупности все эти особенности конструкции позволяют повысить точность получения данных токовых пульсаций во всем объеме коллоидной системы.

Предложенный способ исследования пульсаций электрического нанотока в гелях оксигидратов d- и f- элементов позволяет построить электроакустические голограммы, представляющие собой визуальное изображение фрагментов структуры кластеров воды, анализ которых поможет изучить и исследовать структуру гелей оксигидратов в различные моменты времени.

Анализ фазовых портретов позволяет детально исследовать эволюцию и процессы структурообразования в гелях, синтезированных в различных условиях, влияние на структуру модифицирующих добавок. Изучение механизмов структурообразования позволит в конечном итоге синтезировать с большой долей вероятности гели с заданными свойствами.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами:

на фиг. 1 – общий вид устройства для обнаружения нанотоковых пульсирующих сегнетоэлектрических проявлений гелей оксигидратов d- и f- элементов;

на фиг. 2 – электроакустические голограммы геля оксигидрата железа (III), полученные на 11 сутки исследования;

на фиг. 3 – электроакустические голограммы геля оксигидрата железа (III), полученные на 17 сутки исследования;

на фиг. 4 – электроакустические голограммы геля оксигидрата железа (III), полученные на 19 сутки исследования;

на фиг. 5 - электроакустические голограммы геля оксигидрата железа (III), полученные на 46 сутки исследования;

на фиг. 6 - электроакустические голограммы геля оксигидрата железа (III), полученные на 81 сутки исследования;

на фиг. 7 - электроакустические голограммы геля оксигидрата алюминия, полученные в разные сутки исследования;

на фиг. 8, 9, 10, 11, 12 - электроакустические голограммы геля оксигидрата иттрия, полученные в разные сутки исследования.

Представленный на чертеже (фиг. 1) и описанный ниже вариант выполнения устройства для обнаружения нанотоковых пульсирующих сегнетоэлектрических проявлений гелей оксигидратов d- и f- элементов приведен прежде всего в целях иллюстрации и не должны быть истолкован как ограничение объема притязаний.

Способ исследования нанотоковых сегнетоэлектрических проявлений гелей оксигидратов d- и f- элементов с использованием заявленного устройства заключается в следующем.

Приготавливают гель оксигидрата d- и f- элементов, например, гель оксигидрата железа (III), синтезируя его из солей оксихлорида железа добавлением раствора едкого натра или аммиака при определенных условиях: рН=9,25; количество добавляемого железа n = 0,00094 моль. Данным способом могут быть приготовлены гели оксигидратов, например, таких металлов как цирконий, олово, иттрий, алюминий и др.

Гели оксигидратов большинства d- и f- элементов проявляют ярко выраженные сегнетоэлектрические свойства, выражающиеся в появлении самопроизвольного электрического нанотока в геле.

Готовый гель оксигидрата железа в объеме порядка 20 мл помещают в устройство для проведения исследования: устройство для обнаружения нанотоковых пульсирующих сегнетоэлектрических проявлений гелей оксигидратов d- и f- элементов.

Устройство содержит емкость 1, имеющую форму стакана, в которую помещают готовый гель. Емкость выполнена из полимерного материала. К дну емкости 1 неразъемно прикреплен, например, приклеиванием, графитовый электрод 2 преимущественно круглой формы. В другом варианте исполнения емкость 1 (стакан) изготовлена из графита и сама выполняет функцию электрода, контактирующего с гелем.

В емкость 1 введен второй (верхний) графитовый электрод 3 так, что между дном и стенками емкости 1 и электродом 3 имеется зазор не более 10 мм. В предпочтительном варианте исполнения верхний электрод 3 выполнен с возможностью вращения в емкости 1 с постоянной заданной скоростью порядка 0,5 оборота в минуту. В другом варианте исполнения вращается с постоянной скоростью емкость 1 с нижним электродом 2, а верхний электрод 3 остается неподвижным. Вращением электродов обеспечивается «шевеление» геля, снижается вероятность появления «паразитных» нанокластеров.

Вращение электрода 3 осуществляется посредством маломощного электрического привода 4, выполненного, например, в виде двигателя постоянного тока.

Емкость 1 и вращающийся электрод 3 имеют в предпочтительном варианте исполнения цилиндрическую форму.

Электроды 2 и 3 снабжены электросъемниками прижимного действия (на чертеже не показаны).

Емкость 1 с гелем и электросъемники заэкранированы для предотвращения искажения результатов измерений внешним электромагнитным фоном. Процесс измерения термостатирован (Т=303 К).

Электроды 2 и 3 соединены через электросъемники с электронным регистрирующим устройством 5.

Электронное регистрирующее устройство 5 представляет собой, например, модульную измерительную систему ZETLab, содержащую усилитель ZET410 с измерительным блоком ZET 210. Модульная измерительная система является универсальным программно-аппаратным устройством для использования со стандартной шиной USB, предназначенным для построения многоканальных измерительных систем ввода, вывода и обработки цифровой информации в составе персональных IBM - совместимых компьютеров.

После помещения приготовленного геля в емкость 1 измеряют разность потенциалов между электродами 5 раз в секунду в течение 5-8 часов каждые сутки на протяжении 70-90 суток.

Связь электродов 2 и 3 с блоком модульной измерительной системы ZETLab 5 осуществляется через измерительный усилитель ZET410, выполненный на инструментальном усилителе INA118. Инструментальный усилитель INA118 своими входами (инвертирующим и неинвертирующим) подключен к выводам электродов 2 и 3 через экранированные шлейфы. Усилитель имеет установленный коэффициент усиления Ку 50. На зажимах усилителя закреплен установочный резистор 1,02 кОм ± 0,1% для согласования измерительного диапазона напряжений канала блока измерительной системы ZETLab 5 с напряжением на выводах электродов 2 и 3. Для преобразования самопроизвольного электрического нанотока в напряжение на входах усилителя (между инвертирующим и неинвертирующим входом) установлен измерительный резистор 100 кОм ± 0,1%. Измерительный резистор позволяет регистрировать наноток, который генерируют гель оксигидрата.

Ток геля оксигидрата I вызывает падение напряжения U1 = I*105 В на измерительном резисторе 100 кОм. Напряжение на измерительном резисторе U1 усиливается измерительным усилителем с коэффициентом усиления Ку = 50. Выходы усилителя подключены к входу измерительного модуля ZETLab, который регистрирует непосредственное напряжение U = Ку*U1 = I*50*105 В. Напряжение U на выходе усилителя пропорционально току геля оксигидрата с коэффициентом 5*106.

Таким образом, между возникающим нанотоком I и измеряемым напряжением U установлено соотношение:

I = 0,2*10-6*U, где U – напряжение регистрации (напряжение на выходе усилителя, В), I – наноток, возникающий в геле (А).

Формула соотношения тока геля в микроамперах и выходного измеряемого напряжения U в вольтах:

I (мкА) = 0,2*U (B) или I (мкА) = U/5 (B).

Это означает, что 1 В на выходе усилителя соответствует ток геля 200 нА.

Полученные значения электрического тока, возникающего между электродами, невелики и колеблются в диапазоне 5 - 10 нА до 0,5 мкА, потенциал напряжения, соответствующий току, достигает значения 0,2 В. Амплитуда измеренного тока не зависит от продолжительности измерений, и может быть равна 5 нА в первый день исследования, и 0,1 мкА на шестидесятый день исследования. При этом могут возникать единовременные сильные токовые пульсации, достигающие на уровне фона в 5 нА величины в 0,2 мкА.

Таким образом, режим динамики, возникающий в коллоидной системе, предоставленной себе в течение длительного времени, становится не зависящим от начального состояния. Одним из важных вопросов при моделировании таких систем является нахождение множества точек в фазовом пространстве диссипативной системы – аттрактора.

В результате проведения большого количества измерений в течение длительного промежутка времени выявлено, что данные значения напряжения и тока в гелях оксигидратов d- и f- элементов сохраняются на протяжении нескольких месяцев.

Полученные в результате проведенных измерений данные пульсаций электрического нанотока во времени загружают в математическую программу, например, MathLab и проводят фильтрацию полученных значений, например, с помощью быстрого преобразования Фурье с построением периодиограммы Шустера. В результате фильтрации исключаются значения нанотока вероятность которых крайне низка согласно статистическому критерию.

Реконструкция аттрактора после статистического фильтра позволяет установить ряд важных характеристик аттрактора: он обладает значительным показателем Хёрста, то есть статистически устойчив, его корреляционная размерность меняется достаточно слабо и колеблется в диапазоне 2.0-3.0. Это позволяет оценить и размерность самого аттрактора как величину, которая изменяется в диапазоне от 3 до 12. Данные величины имеют определенное прикладное значение: корреляционная размерность, характеризует природу дисперсной среды (у олова она от 2 до 3, у железа достигает величины 5.5), и позволяют сделать выводы о поведении коллоида во времени.

Используя отфильтрованные значения пульсаций электрического нанотока осуществляют построение фазовых портретов аттракторов динамической оксигидратной системы d- и f- элементов. Построение фазовых портретов осуществляют в математической программе MathLab в трехмерном виде, по одной шкале указывают значения тока в настоящий момент времени, по второй шкале – значения тока в следующий момент времени. На фазовом портрете точечно увеличивают некоторые участки спектров токовых пульсаций, открывая каустик или электроакустическую голограмму геля оксигидрата. Проводят анализ голограммы по аттракторным альбомам.

На фигуре 2, 3, 4, 5, 6 представлены полученные электроакустические голограммы геля оксигидрата железа (III) в разные сутки проведенного исследования.

На фигуре 7 представлены полученные электроакустические голограммы геля оксигидрата алюминия в разные сутки проведенного исследования.

На фигурах 8, 9, 10, 11, 12 представлены полученные электроакустические голограммы геля оксигидрата иттрия в разные сутки проведенного исследования.

Полученные голограммы являются динамическими, поскольку они фиксируют в реальном масштабе времени все изменения в положении и форме объекта в объеме нелинейной оптической среды.

Электроакустическая голограмма представляет собой визуальное изображение фрагментов структур кластеров воды гелей оксигидратов d- и f- элементов, имеющих определенную упорядоченность, кристалличность. Большие точки на голограмме это и есть кластеры воды. Поверхность водных кластеров - упругая и колеблется под действием электромагнитных (токовых) изменений.

Расположение кластеров воды обусловлено движением колебательной поверхности кластеров.

В геле оксигидратов d- и f- элементов постоянно происходят стохастические неравновесные диссоциативно-диспропорциональные толчковые (относительно низкотемпературные) явления с выбросом третьих кластерных (в основном нанокластерных) частиц в дисперсионную фазу, которые отвечают за диссипацию энергии в неравновесной оксигидратной системе. Отщепление отдельных частиц геля, которые обычно несут заряд, либо их присоединение к крупным фрагментам макромолекул, от которых ранее они отщепились, инициируют токовые периодические пульсации. Отщепившиеся третьи заряженные кластеры геля перемещаются в пространстве под воздействием стохастических электрических полей в достаточно узком пространстве. Они регистрируются внесением в гель графитовых электродов.

На голограмме кластеры воды соединены мостиками - это диссипация (разрушение) кластерных объектов воды.

При анализе голограмм обнаружены разные типы структуры, содержащие гидратную воду, вплоть до фулероидно - подобной. Эти типы воды во времени видоизменяются, формируя новые многогранные кластерные образования. Взаимодействие электрических полей с этими гранями кластерных образований способствует формированию электроакустического эха на бегущих волнах. Это происходит следующим образом.

Первый токовый импульс возбуждает пакет колебаний, которые распространяются по гелевой обводненной кластерной среде, с течением времени колебания расфазируются, то есть становятся некогерентными. В результате осуществляется нелинейное взаимодействие этого пакета колебаний с ранее сформированными электрокаустическими волнами с частотой с электрическим полем второго импульса с частотой или . В то время как этот пакет колебаний взаимодействует с электрическим полем второго импульса, рождается новый, обращенный электрокаустический пакет колебаний с частотой, равной частоте первоначального пакета колебаний и распространяется в противоположном направлении. Этот электрокаустический пакет колебаний рождают пульсирующие водные кластера геля оксигидрата, то есть рождаются так называемые обращенные волны. Этот новый волновой пакет в обратном порядке испытывает упругое рассеяние на дефектах многогранного оксигидратного кластера воды, соответственно дифракционному расширению первого пакета колебаний он претерпевает дифракционное сужение, в результате чего возникшая в первом пакете колебаний некогерентность в обращенном пакете колебаний компенсируется через такой же интервал времени , который был между подачей первого и второго токовых импульсов. Таким образом, в момент времени происходит возрождение когерентности колебаний и рост амплитуды обращенного пакета колебаний. Амплитуда обращенного пакета колебаний становится максимальной.

Существует также трехимпульсное электроакустическое эхо и связанная с ним память. Оно обнаружено в момент времени после подачи импульсов в моменты времени .

Трехимпульсное эхо при достаточно малых интервалах времени между токовыми импульсами аналогично двухимпульсному эху. В моменты совпадения фаз акустических колебаний, а, следовательно, и сопровождающих их электрических полей, среднее электрическое поле оказывается уже отличным от нуля, что и проявляется как высокий импульс электрического поля или сигнал эха в виде удлиненных всплесков. То есть взаимодействие электрокаустических колебаний с пульсирующим многогранным кластером гидратной воды рождает вторичные электромагнитные поля (колебания).

Путем проведения большого количества измерений установлено, что временной интервал между импульсами электрического нанотока (пульсаций) составляет 51,2 секунды. В реальности процесс в геле идёт хотя и случайно, но очень плавно, резкие изменения тока крайне редки, наблюдается медленно меняющийся случайный процесс с уменьшением токовых импульсов во времени.

Важной особенностью электроакустического трехимпульного эха является длительная память, то есть наблюдение сигнала трехимпульсного эха при подаче третьего импульса после затухания акустических колебаний, возбужденных первым и вторым импульсами. Длительная память, существующая значительно дольше (месяцы и более), чем возбужденные импульсами электрокаустические колебания, связана с возникновением (в результате взаимодействия пары электрических импульсов с водным кластером) некоторого стационарного состояния, остающегося существовать и после затухания электрокаустических колебаний и несущего информацию об амплитудах в фазах создания его импульсов. Это стационарное состояние и является электроакустической голограммой.

В результате проведенных измерений исследована коллоидно-химическая эволюция пульсаций электрического нанотока геля оксигидрата железа на протяжении трех месяцев старения. В ходе эволюции гель оксигидрата железа претерпевает ряд структурных превращений, вызывающих смену интенсивности действующих в оксигидрате заряженных кластерных потоков. При этом часто меняется и характер их проявления согласно особенностям изменения самопроизвольного пульсирующего нанотока во времени.

Появление самопроизвольного нанотока обусловлено бифуркационными явлениями разрушения нанокластерных орбит колебательного движения. Создание аттракторных альбомов периодического движения в гелях оксигидратов d- и f- элементов дает возможность проанализировать характер коллоидных бифуркаций в экспериментальной системе, то есть в конечном итоге механизм коллоидно-химических реакций. В многомерном пространстве параметров оксигидратной системы бифуркационным моментам могут соответствовать определенные множества, представляющие собой точки, линии и даже поверхности. Таким образом, отслеживание бифуркационных моментов – важный метод изучения строения периодических коллоидных систем.

В настоящее время проводится изучение полученных голограмм, дающих представление об организации структуры гелей оксигидратов d- и f- элементов, которые представляют собой нанотоковые сегнетоэлектрики на основе оксигидратных систем.

Предлагаемое устройство для обнаружения нанотоковых пульсирующих сегнетоэлектрических проявлений гелей оксигидратов d- и f- элементов может быть произведено в условиях отечественной промышленности с использованием известного оборудования, материалов и технологий.


1. Способ исследования нанотоковых сегнетоэлектрических проявлений гелей оксигидратов d- и f-элементов, характеризующийся приготовлением геля оксигидрата d- и f-элементов путем их синтеза из солей оксихлорида d- и f-элементов добавлением раствора едкого натра или аммиака, помещением готового геля в устройство для обнаружения нанотоковых пульсирующих сегнетоэлектрических проявлений гелей оксигидратов d- и f-элементов, представляющее собой емкость, содержащую нижний графитовый электрод, в которую вертикально с зазором установлен верхний графитовый электрод, при этом один из электродов вращается с постоянной скоростью 0,5 об/мин, измерением напряжения между электродами в течение 5-8 ч каждые сутки на протяжении 70-90 сут, фильтрацией полученных результатов измерения, преобразованием напряжения между электродами в ток пульсаций по формуле

I = 0,2*10-6*U,

построением фазовых портретов аттракторов в математической программе, точечным увеличением участков спектров токовых пульсаций на фазовых портретах аттракторов с открытием каустик или электроакустических голограмм, изучением структуры голограммы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фазовый портрет аттракторов представляет собой трехмерную систему значений тока в настоящий момент времени и значений тока в следующий момент времени.

3. Устройство для обнаружения нанотоковых пульсирующих сегнетоэлектрических проявлений гелей оксигидратов d- и f-элементов, содержащее емкость с двумя графитовыми электродами, соединенными друг с другом через электронное регистрирующее устройство, отличающееся тем, что емкость выполнена в форме стакана, содержащего нижний электрод, в которой вертикально установлен с зазором верхний электрод, при этом один из электродов вращается с постоянной скоростью 0,5 об/мин, электроды соединены с электронным регистрирующим устройством через усилитель напряжения, измеряемого между электродами, емкость экранирована от влияния внешнего электромагнитного фона.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что емкость выполнена из полимерного материала.

5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что емкость выполняет функцию нижнего электрода и изготовлена из графита.

6. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что вращение электрода осуществлено посредством маломощного электрического привода.

7. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что зазор выполнен между стенками и дном емкости и верхним электродом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области анализа состава жидкостей, а именно к способам, обеспечивающим надежное, безопасное и ускоренное определение присутствия в растворах различных веществ в растворенном состоянии, и может применяться для экспресс-тестирования спиртосодержащих продуктов и питьевой бутилированной воды на наличие примесей, в том числе вредных, а также других жидких пищевых продуктов, кроме того, жидких фармакологических, косметических средств, жидкого топлива, масел.

Изобретение относится к аналитической химии, в частности к проведению химического анализа жидкой пробы водного экстракта полиметилметакрилового изделия для зубопротезирования, и может быть использовано при проведении экспресс-анализов в практике стоматологических клиник и кабинетов.
Изобретение относится к экологии, а именно к оценке состояния законсервированных участков разработок полезных ископаемых и их влияния на окружающую среду. Для этого одновременно с мониторингом законсервированного участка горных пород проводят фоновый мониторинг природного аналога, не испытывавшего техногенного воздействия, но находящегося в тех же природных условиях.

Изобретение относится к области химического анализа. Способ включает обработку образца полупроводникового материала раствором кислот HNO3 и HCl, взятых в объемном соотношении 1:3, и ультразвуком для перевода добавок из поверхности материала в раствор, отбор аликвоты раствора для последующего определения добавок на поверхности материала с последующими промывкой материала до удаления компонентов надосадочного раствора и его разложением в автоклаве смесью кислот HNO3, HCl, HF, взятых в количестве, обеспечивающем растворение диоксида олова, полученный раствор анализируют методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой для определения концентрации добавок в объеме материала.

Изобретение может быть использовано в аналитической химии природных вод для инструментального определения микроэлементов. Для осуществления способа группового концентрирования из кислых растворов и разделения ионов Ti, Mo, Sn, Fe к 10 мл водной фазы анализируемого кислого раствора добавляют 1 г легкоплавкого расплава ацетилсалицилата антипириния [AntH3O+]⋅[AcSal-], отделяют концентрат ионов Ti, Mo, Sn, Fe, озоляют азотной кислотой в микроволновой печи и анализируют атомно-эмиссионной спектрометрией.

Изобретение относится к новому способу определения скорости генерирования пероксильных радикалов. Технический результат: разработан новый способ определения скорости генерирования пероксильных радикалов, который повышает точность, достоверность и воспроизводимость результатов, а также расширяет круг исследуемых веществ и используемых реагентов.

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам определения примесей в каменном и буром угле и торфе. Для этого применяют вскрытие пробы смесью концентрированных хлороводородной и азотной кислот (3:1) при соотношении навески пробы к смеси кислот 1:(100-120) при нагревании в течение 1-1,5 ч.

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к определению содержания массовой доли основного вещества в образце состава диэтилендисульфида. Для этого проводят количественный анализ образца диэтилендисульфида методом автоматического потенциометрического титрования.
Изобретение относится к аналитической химии, а именно к гравиметрическим методам анализа, и может быть использовано для определения содержания экстрагируемых органических соединений в пробах донных отложений.

Изобретение относится к области химической аналитики и может быть использовано для определения наличия стороннего компонента в газовой среде и его концентрации. Устройство для идентификации стороннего компонента произвольной газовой смеси и определения величины парциального давления указанного стороннего компонента газовой смеси состоит из двух объемов, образующих измерительные объемы и, соответственно, задающих условия измерения, замкнутых газовой магистралью через компрессор на одной паре штуцеров соответствующих объемов с одной стороны и через управляемый электронный клапан на другой паре штуцеров с другой стороны, на входе и выходе объемов установлены такие же управляемые электронные клапаны, в каждый объем помещены датчики, прецизионно определяющие парциальные давления по крайней мере одного из компонентов газовой смеси Pi и Pi+1…g, где i и i+1 … представляют собой компоненты исходной газовой среды, причем устройство выполнено с возможностью достижения множества устойчивых состояний, характеризующихся общим давлением в каждом из объемов, соответственно, P1 и P2, отличающихся на ΔP, которые регистрируются датчиками общего давления в каждом из объемов, при этом микропроцессор обеспечивает реализацию математически строгого алгоритма физической модели качественного и количественного определения стороннего компонента газовой смеси.

Группа изобретений относится к анализу агрегационной устойчивости наночастиц коллоидных систем, а именно гелей оксигидратов d- и f-элементов. Для этого синтезируют гель оксигидрата d- и f-элементов из солей оксихлорида d- и f-элементов при добавлении раствора едкого натра или аммиака. Затем готовый гель помещают в устройство для обнаружения нанотоковых пульсирующих сегнетоэлектрических проявлений. Устройство представляет собой емкость в форме стакана, содержащую нижний графитовый электрод, в которую вертикально с зазором установлен верхний графитовый электрод, соединенные друг с другом через усилитель напряжения, при этом один из электродов вращается с постоянной скоростью 0,5 обмин. Напряжение между электродами замеряют в течение 5-8 ч каждые сутки на протяжении 70-90 сут, а затем производят фильтрацию полученных результатов измерения, преобразование напряжения между электродами в ток пульсаций по формуле I 0,2*10-6*U. Далее проводят построение фазовых портретов аттракторов в математической программе MathLab, на фазовом портрете точечно увеличивают участки спектров токовых пульсаций, открывая каустик или электроакустическую голограмму, и производят изучение структуры голограммы. Группа изобретений обеспечивает визуальное изображение фрагментов структуры кластеров воды, анализ которых поможет изучить и исследовать структуру гелей оксигидратов d- и f-элементов в различные моменты времени. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 12 ил.

Наверх