Способ оценки влияния адсорбирующихся газов на поверхность материалов

Изобретение относится к области физики и химии поверхности и может быть использовано для оценки физико-химических процессов, протекающих на поверхности материалов, в частности для оценки изменения морфологии поверхностей полупроводниковых материалов, используемых в сенсорах газов, газочувствительных и самоорганизующихся материалов при адсорбции на них газов-загрязнителей неорганического и органического типа. Способ оценки влияния адсорбирующихся газов на поверхность материалов, включающий получение изображения исследуемой поверхности методом атомно-силовой микроскопии, получение распределения величины средней взаимной информации методом ее расчета, классификацию исследуемой поверхности по величине энтропии и степени упорядоченности, оценку морфологии поверхности материала по изменению величины средней взаимной информации, отличается тем, что анализ поверхности материалов методом атомно-силовой микроскопии проводят в процессе подачи газа, оценивают влияние различных подаваемых концентраций газов и устанавливают величину критической концентрации адсорбирующегося газа-загрязнителя. Техническим результатом является разработка способа исследования изменения морфологии поверхностей газочувствительных и самоорганизующихся материалов при адсорбции на них газов-загрязнителей неорганического и органического типа. 1 ил.

 

Предполагаемое изобретение относится к области физики и химии поверхности и может быть использовано для оценки физико-химических процессов, протекающих на поверхности материалов, в частности, для оценки изменения морфологии поверхностей полупроводниковых материалов, используемых в сенсорах газов, газочувствительных и самоорганизующихся материалов, при адсорбции на них газов-загрязнителей неорганического и органического типа.

Аналогом предполагаемого изобретения является способ исследования структуры трубных сталей [Пат. 2449055 РФ, МПК C23F 1/28, G01N 1/32, G01N 33/20. Способ исследования структуры трубных сталей / Казаков А.А., Казакова Е.И., Киселев Д.В., Курочкина О.В. - Заявл. 18.10.2010; Опубл. 27.04.2012].

Сущность способа состоит в количественном определении параметров выявленных областей бейнита реечной морфологии в изображениях образцов трубной стали, полученных после взаимодействия с водным раствором сульфосолей с помощью поляризованного света оптического микроскопа.

Существенными признаками аналога являются: взаимодействие образца материала с водным раствором сульфосолей, последующая промывка и просушка образца материала; анализ морфологии поверхности материала посредством оптического микроскопа; фиксирование изображения поверхности материала; количественное определение параметров участков поверхности.

Существенными признаками, общими с заявляемым способом являются: анализ морфологии поверхности материала; фиксирование изображения поверхности материала; количественное определение параметров участков поверхности.

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является то, что способ предназначен для исследования морфологии поверхности стали посредством оптического микроскопа, разрешение которого является недостаточным для исследования полупроводниковых наноматериалов.

Другим аналогом является способ исследования сорбционных свойств углей. [Пат. 2590981 РФ, МПК G01N 15/08, G01N 7/04. Способ исследования сорбционных свойств углей / Натура В.Г., Сиротский Р.Г., Ожогина Т.В. - Заявл. 10.03.2015; Опубл. 10.07.2016]. Способ определения сорбционной газоемкости углей включает закачивание в исследуемую систему измеренного объема метана, насыщение угля метаном для количественного определения изменения параметров адсорбирующего материала.

Существенными признаками данного аналога являются: закачивание в исследуемую систему измеренного объема газа; проведение исследований при различных температурах и давлениях; количественное определение изменения параметров адсорбирующего материала.

Существенным признаком, общим с существенными признаками заявленного способа является: закачивание в исследуемую систему измеренного объема газа; количественное определение изменения параметров адсорбирующего материала.

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является то, что способ предназначен для исследования сорбционной газоемкости порошкового материала (угля) и не предполагает исследование морфологии поверхности материала.

Наиболее близким к заявляемому является способ исследования информационной емкости поверхности наноструктурированных материалов. [Пат. 2606089 РФ, МПК G01N 13/00, B82Y 35/00, G01Q 60/24. Способ исследования информационной емкости поверхности наноструктурированных материалов / Вихров С.П., Рыбина Н.В., Мурсалов С.М., Рыбин Н.Б., Вишняков Н.В. - Заявл. 26.10.2015; Опубл. 10.01.2017].

Сущность способа заключается в том, что получают изображения исследуемой поверхности с высоким разрешением посредством атомно-силовой микроскопии, вычисляют с помощью метода средней взаимной информации (СВИ) характеристики поверхности, классифицируют исследуемую поверхность по величине энтропии и степени упорядоченности.

Способ прототипа дает возможность исследовать морфологию поверхности наноструктурированных и самоорганизующихся твердотельных материалов посредством расчета величины СВИ и оценки степени упорядоченности структуры поверхности материалов.

Существенными признаками прототипа являются: получение изображения исследуемой поверхности материала методом атомно-силовой микроскопии (АСМ); получение распределения величины СВИ методом ее расчета; классификация исследуемой поверхности материала по величине энтропии (характеризующей ее информационную емкость) и степени упорядоченности; оценка морфологии поверхности материала по изменению величины СВИ.

Существенными признаками, общими с заявляемым способом, являются: получение изображения исследуемой поверхности материала методом атомно-силовой микроскопии (АСМ); получение распределения величины СВИ методом ее расчета; классификация исследуемой поверхности материала по величине энтропии (характеризующей ее информационную емкость) и степени упорядоченности; оценка морфологии поверхности материала по изменению величины СВИ.

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является то, что способ прототипа не позволяет оценивать влияние различных концентраций газов на изменение морфологии поверхности материалов.

Техническим результатом предполагаемого изобретения является разработка способа исследования изменения морфологии поверхностей газочувствительных и самоорганизующихся материалов при адсорбции на них газов-загрязнителей неорганического и органического типа посредством оценки изменения величины СВИ поверхности материала.

Технический результат достигается тем, что анализ поверхности материалов методом атомно-силовой микроскопии проводят в процессе подачи газа, оценивают влияние различных подаваемых концентраций газов и устанавливают величину критической концентрации адсорбирующегося газа-загрязнителя.

Для достижения технического результата способ оценки влияния адсорбирующихся газов на поверхность материалов включает получение изображения исследуемой поверхности методом атомно-силовой микроскопии, получение распределения величины средней взаимной информации методом ее расчета, классификацию исследуемой поверхности по величине энтропии и степени упорядоченности, оценку морфологии поверхности материала по изменению величины СВИ, при этом анализ поверхности материалов методом атомно-силовой микроскопии проводят в процессе подачи газа, оценивают влияние различных подаваемых концентраций газов и устанавливают величину критической концентрации адсорбирующегося газа-загрязнителя.

Предложена схема технологического маршрута исследования изменения морфологии поверхности посредством оценивания изменения величины СВИ поверхности газочувствительного и самоорганизующегося в зависимости от типа и величины концентрации газов, представленная ниже на фиг.

На фиг. схематично отображен алгоритм, в соответствии с которым реализуется способ исследования изменения морфологии поверхностей материалов органических полупроводниковых материалов, используемых в сенсорах газов, при адсорбции на нее газов-загрязнителей неорганического и органического типа.

Отличительными от прототипа признаками являются:

- возможность устанавливать момент изменения морфологии поверхности материала;

- оценка влияния концентрации газа на скорость изменения морфологии;

- возможность устанавливать величину критической концентрации адсорбирующегося газа-загрязнителя.

Способ осуществляется следующим образом:

В соответствии со схемой, приведенной на фиг. производился эксперимент относительно оценки изменения поверхности газочувствительных и самоорганизующихся материалов при адсорбции различных газов. Для оценки наличия изменений морфологии поверхностей производится расчет величины СВИ по морфологии поверхностей, полученных методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) в процессе подачи газа.

Поскольку величина СВИ является характеристикой корреляций в нелинейных системах, то при адсорбции и десорбции детектируемых молекул газов происходит изменение морфологии поверхности материалов, связанное с изменением их поверхности. Причем, с повышением концентрации подаваемого газа становится более выраженной неупорядоченность, наблюдаемая на поверхности (или ее топологии) и теряется идентичность среди ячеек в поверхностной матрице. Последнее позволяет легко отследить изменения морфологии поверхностей материалов при адсорбции различных газов-загрязнителей.

Выбор газов основывается на наличии или отсутствии к ним чувствительности у исследуемого материала. Концентрацию газов следует увеличивать постепенно на 50-100 ppm.

В зависимости от изменения величины СВИ поверхностей материалов выстраивается корректная картина происходящих трансформаций в морфологии поверхности материалов, возникающих в результате адсорбции на них молекул газов. Как правило, наблюдается изменения в сторону значительного уменьшения данной величины. При десорбции, напротив, значения величины СВИ становятся близки к значениям до проведения эксперимента. При этом полное соответствие первоначальным значениям не происходит. В случае отсутствия изменений констатируется факт отсутствия чувствительности исследуемого материала к детектируемому газу.

В частности, данный способ позволяет оценивать наличие старения у поверхностей материалов, когда материал теряет свойство адсорбировать молекулы газов, что сопровождается прекращением изменения величины СВИ поверхностей. Таким образом, реализация указанного способа по отношению к различным газочувствительным и самоорганизующимся поверхностям позволит установить пригодность материала в качестве сенсора рассматриваемого газа. В дополнении к этому способ может быть использован для оценки критических концентраций газов, при которых происходит деградация поверхностей материалов, приводящих к их старению.

Следует отметить, что способ относится к исследованию, позволяющему с помощью использования метода АСМ-анализа поверхности газочувствительного материала и программного вычисления величины СВИ сделать детальный анализ ее морфологии без дополнительных эмпирических исследований в лаборатории, что в свою очередь позволяет экономить время и ресурсы.

Преимущества заявляемого способа состоят в том, что он позволяет оценить влияние концентрации различных газов на изменение морфологии поверхности экспресс-методом, а также установить критическую концентрацию газа, приводящую к деградации поверхности или к ее старению.

Способ оценки влияния адсорбирующихся газов на поверхность материалов, включающий получение изображения исследуемой поверхности методом атомно-силовой микроскопии, получение распределения величины средней взаимной информации методом ее расчета, классификацию исследуемой поверхности по величине энтропии и степени упорядоченности, оценку морфологии поверхности материала по изменению величины средней взаимной информации, отличающийся тем, что анализ поверхности материалов методом атомно-силовой микроскопии проводят в процессе подачи газа, оценивают влияние различных подаваемых концентраций газов и устанавливают величину критической концентрации адсорбирующегося газа-загрязнителя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использована при лабораторных и натурных исследованиях по оценке степени загрязнения вертикальных поверхностей зданий и сооружений пылью.

Изобретение относится к области нанотехнологий, наноэлектроники и микроэлектроники. Способ определения концентрации электрически активной донорной примеси в поверхностных слоях кремния, включающий процедуру регистрации характеристических рентгеновских эмиссионных Si L2.3 спектров сильнолегированного кремния при концентрации электрически активной донорной примеси ND≥1018 см-3 в области валентной зоны кремния и в области примесной подзоны электрически активных доноров с помощью неразрушающего метода ультрамягкой рентгеновской эмиссионной спектроскопии, отличается тем, что регистрацию рентгеновских эмиссионных спектров проводят при напряжении U=3 кВ на аноде разборной рентгеновской трубки спектрометра монохроматора, при плотности анодного тока 2 мА/см2 с определением относительной интенсивности ID донорного максимума, находящегося в рентгеновском эмиссионном Si L2.3 спектре выше потолка валентной зоны кремния при энергии Е=100 эВ, соответствующей концентрации электрически активной донорной примеси в поверхностных слоях толщиной ≤120 нм сильнолегированного кремния, определяемой по логарифмической зависимости относительной интенсивности донорного максимума от концентрации электрически активной донорной примеси, описываемой следующим соотношением: ID=A⋅lgND+B, где ID - относительная интенсивность донорного максимума в рентгеновском эмиссионном Si L2.3 спектре; ND - концентрация электрически активной донорной примеси; А и В - эмпирические константы, которые равны 0,1 и -1,94 соответственно.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании процессов массопереноса и для определения коэффициентов диффузии растворителей в изделиях из капиллярно-пористых материалов в строительных материалах и конструкциях, а также в пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании процессов массопереноса в капиллярно-пористых материалах для определения коэффициентов диффузии растворителей в строительных материалах и конструкциях.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании процессов массопереноса и определении коэффициентов диффузии растворителей в ортотропных капиллярно-пористых материалах в бумажной, легкой, строительной и других отраслях промышленности.

Группа изобретений относится к области биотехнологии. Предложен способ анализа поведения веществ in vitro, устройство для анализа поведения молекул, а также средство для испытания вещества in vitro.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании процессов массопереноса и для определения коэффициентов диффузии растворителей в изделиях из листовых капиллярно-пористых материалов в бумажной, легкой, строительной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при разработке нефтяных и газовых залежей, при количественной интерпретации геофизических исследований скважин (ГИС), эксплуатации нефтяных месторождений.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании процессов массопереноса и для определения коэффициентов диффузии растворителей в ортотропных капиллярно-пористых материалов в бумажной, легкой, строительной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области изучения свойств смачивания. Для определения равновесной смачиваемости поверхности раздела пустотного пространства и твердой фазы образца горной породы получают трехмерное изображение внутренней структуры образца.

Изобретение относится к области получения эластомерных композиций на основе полидиметилсилоксана и может использоваться для получения прочных силоксановых резин и герметиков.

Изобретение может быть использовано в гальванике, полимерной химии, медицине, биологии, а также при изготовлении масляных и полировальных финишных композиций. Индивидуальное взрывчатое вещество, в качестве которого используют тетрил, подрывают в водной оболочке или оболочке, содержащей 5% водный раствор уротропина или Трилона Б, при массовом соотношении заряда взрывчатого вещества и оболочки, равном 1:(10-14), в среде газообразных продуктов детонации предыдущих подрывов взрывчатого вещества в качестве неокислительной среды.
Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых наноматериалов. Способ формирования тонких упорядоченных полупроводниковых нитевидных нанокристаллов (ННК) арсенида галлия на кремнии характеризуется тем, что на подложке кремния с кристаллографической ориентацией поверхности (111) или (100) формируют ингибиторный слой оксида кремния (SiO2) толщиной 80-120 нм методом термического прокисления в среде азот/пары воды при температуре Т=850-950°С при давлении, близком к атмосферному, после чего наносят слой электронного резиста, в котором формируют окна методом электронной литографии путем экспонирования электронным пучком с последующим проявлением, при этом процесс проявления останавливают путем промывки в растворителе и последующей сушки, затем осуществляют реактивное ионноплазменное травление в плазмообразующей смеси газов SF6 и Аr с формированием окон в ингибиторном слое оксида кремния, в которых методом молекулярно-пучковой эпитаксии с использованием источников Ga и As выращивают нитевидные нанокристаллы арсенида галлия по бескатализному методу или по автокаталитическому методу с применением в качестве катализатора Ga, напыляемого на подложку со сформированными окнами в ингибиторном слое.

Группа изобретений относится к области аналитической химии. Раскрыт способ выявления присутствия или отсутствия целевой молекулы в образце, предусматривающий введение образца в контакт с молекулой, содержащей расщепляемый линкер, при этом указанный расщепляемый линкер специфически расщепляется в присутствии указанной целевой молекулы; загрузку указанного образца в устройство, содержащее нанопору; создание конфигурации устройства с возможностью пропускания каркаса, выбранного из нуклеиновых кислот, пептидной нуклеиновой кислоты (PNA), дендримеров, линеаризованных белков или пептидов, через указанную нанопору, расщепляемого линкера, содержащего первый домен, который связывается с указанным каркасом, и второй домен, который связывается с молекулярным грузом, тем самым образуя комплекс, и при этом устройство содержит датчик для измерения тока; и определение с помощью датчика, был ли расщепляемый линкер расщеплен путем выявления индивидуальной сигнатуры тока при транслокации указанного комплекса через нанопору.

Изобретение относится к области биомедицинских исследований и нанотехнологий. Предложен способ определения генотоксичности наночастиц на ядерном материале эритроцитов периферической крови рыб в условиях in vitro.

Изобретение относится к области синтеза дисперсных мезопористых материалов для носителей катализаторов. Описан способ получения мезопористого γ-Al2O3 для каталитических систем, включающий осаждение гидроксидов.

Изобретение относится к водоочистке. Способ обесфторивания воды включает фильтрацию воды через фильтрующую конструкцию цилиндрической формы, в которой расположена система, состоящая из слоя диоксида кремния толщиной 5 см, слоя гранулированного активированного угля толщиной 10 см и слоя сорбента толщиной 0,5 см.
Изобретение относится к области нанотехнологии, медицины и пищевой промышленности. Способ получения нанокапсул сухого экстракта заманихи характеризуется тем, что сухой экстракт заманихи добавляют в суспензию каппа-каррагинана в петролейном эфире в присутствии 0,01 г сложного эфира глицерина с одной-двумя молекулами пищевых жирных кислот и одной-двумя молекулами лимонной кислоты в качестве поверхностно-активного вещества при перемешивании 700 об/мин, далее приливают метилэтилкетон, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают и сушат при комнатной температуре, при этом массовое соотношение ядро:оболочка составляет 1:1, 1:2 или 1:3.
Изобретение относится к области нанотехнологии, медицины и пищевой промышленности. Способ получения нанокапсул сухого экстракта рейши характеризуется тем, что сухой экстракт рейши добавляют в суспензию каппа-каррагинана в петролейном эфире в присутствии 0,01 г сложного эфира глицерина с одной-двумя молекулами пищевых жирных кислот и одной-двумя молекулами лимонной кислоты в качестве поверхностно-активного вещества при перемешивании 800 об/мин, далее приливают ацетон, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают и сушат при комнатной температуре, при этом массовое соотношение ядро:оболочка составляет 1:1, 1:2 или 1:3.

Изобретение может быть использовано в гальванике, полимерной химии, медицине, биологии, а также при изготовлении масляных и полировальных финишных композиций. Готовят композиционный взрывчатый состав, содержащий следующие компоненты, мас.

Изобретение относится к области физики и химии поверхности и может быть использовано для оценки физико-химических процессов, протекающих на поверхности материалов, в частности для оценки изменения морфологии поверхностей полупроводниковых материалов, используемых в сенсорах газов, газочувствительных и самоорганизующихся материалов при адсорбции на них газов-загрязнителей неорганического и органического типа. Способ оценки влияния адсорбирующихся газов на поверхность материалов, включающий получение изображения исследуемой поверхности методом атомно-силовой микроскопии, получение распределения величины средней взаимной информации методом ее расчета, классификацию исследуемой поверхности по величине энтропии и степени упорядоченности, оценку морфологии поверхности материала по изменению величины средней взаимной информации, отличается тем, что анализ поверхности материалов методом атомно-силовой микроскопии проводят в процессе подачи газа, оценивают влияние различных подаваемых концентраций газов и устанавливают величину критической концентрации адсорбирующегося газа-загрязнителя. Техническим результатом является разработка способа исследования изменения морфологии поверхностей газочувствительных и самоорганизующихся материалов при адсорбции на них газов-загрязнителей неорганического и органического типа. 1 ил.

Наверх