RU2712766C1 - Способ оценки влияния адсорбирующихся газов на поверхность материалов - Google Patents
Способ оценки влияния адсорбирующихся газов на поверхность материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2712766C1 RU2712766C1 RU2019111717A RU2019111717A RU2712766C1 RU 2712766 C1 RU2712766 C1 RU 2712766C1 RU 2019111717 A RU2019111717 A RU 2019111717A RU 2019111717 A RU2019111717 A RU 2019111717A RU 2712766 C1 RU2712766 C1 RU 2712766C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- materials
- morphology
- value
- change
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y35/00—Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N13/00—Investigating surface or boundary effects, e.g. wetting power; Investigating diffusion effects; Analysing materials by determining surface, boundary, or diffusion effects
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
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.
Description
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.
Claims (1)
- 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.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019111717A RU2712766C1 (ru) | 2019-04-17 | 2019-04-17 | Способ оценки влияния адсорбирующихся газов на поверхность материалов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019111717A RU2712766C1 (ru) | 2019-04-17 | 2019-04-17 | Способ оценки влияния адсорбирующихся газов на поверхность материалов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2712766C1 true RU2712766C1 (ru) | 2020-01-31 |
Family
ID=69625507
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019111717A RU2712766C1 (ru) | 2019-04-17 | 2019-04-17 | Способ оценки влияния адсорбирующихся газов на поверхность материалов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2712766C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2791848C1 (ru) * | 2022-03-30 | 2023-03-13 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" | Способ определения свойств газочувствительности пленок нанокомпозитных оксидных материалов к газам |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001051919A2 (en) * | 2000-01-07 | 2001-07-19 | Transform Pharmaceuticals, Inc. | High-throughput formation, identification, and analysis of diverse solid-forms |
| RU2449055C1 (ru) * | 2010-10-18 | 2012-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" (ФГБОУ ВПО "СПбГПУ") | Способ исследования структуры трубных сталей |
| RU2522757C1 (ru) * | 2012-12-27 | 2014-07-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ определения коэффициента диффузии в порошковых материалах и способ определения толщины и показателя целостности покрытия на частицах порошковых материалов |
| RU2590981C1 (ru) * | 2015-03-10 | 2016-07-10 | Закрытое акционерное общество "Метан Кузбасса" | Способ исследования сорбционных свойств углей |
| RU2606089C1 (ru) * | 2015-10-26 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Способ исследования информационной емкости поверхности наноструктурированных материалов |
-
2019
- 2019-04-17 RU RU2019111717A patent/RU2712766C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001051919A2 (en) * | 2000-01-07 | 2001-07-19 | Transform Pharmaceuticals, Inc. | High-throughput formation, identification, and analysis of diverse solid-forms |
| RU2449055C1 (ru) * | 2010-10-18 | 2012-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" (ФГБОУ ВПО "СПбГПУ") | Способ исследования структуры трубных сталей |
| RU2522757C1 (ru) * | 2012-12-27 | 2014-07-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ определения коэффициента диффузии в порошковых материалах и способ определения толщины и показателя целостности покрытия на частицах порошковых материалов |
| RU2590981C1 (ru) * | 2015-03-10 | 2016-07-10 | Закрытое акционерное общество "Метан Кузбасса" | Способ исследования сорбционных свойств углей |
| RU2606089C1 (ru) * | 2015-10-26 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Способ исследования информационной емкости поверхности наноструктурированных материалов |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2791848C1 (ru) * | 2022-03-30 | 2023-03-13 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" | Способ определения свойств газочувствительности пленок нанокомпозитных оксидных материалов к газам |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Snopok et al. | Multisensor systems for chemical analysis: state-of-the-art in Electronic Nose technology and new trends in machine olfaction | |
| Mirmohseni et al. | Construction of a sensor for determination of ammonia and aliphatic amines using polyvinylpyrrolidone coated quartz crystal microbalance | |
| Guo et al. | Noise spectroscopy as an equilibrium analysis tool for highly sensitive electrical biosensing | |
| Sun et al. | Simultaneous determination of the concentration of methanol and relative humidity based on a single Nafion (Ag)-coated quartz crystal microbalance | |
| Park et al. | Ultra-sensitive direct detection of silver ions via Kelvin probe force microscopy | |
| Tabrizi et al. | Highly sensitive aptasensor based on interferometric reflectance spectroscopy for the determination of amyloid β as an Alzheimer's disease biomarkers using nanoporous anodic alumina | |
| RU2712766C1 (ru) | Способ оценки влияния адсорбирующихся газов на поверхность материалов | |
| Djurić et al. | Fluctuations of the number of adsorbed molecules due to adsorption–desorption processes coupled with mass transfer and surface diffusion in bio/chemical MEMS sensors | |
| Kikuchi et al. | Quartz crystal microbalance (QCM) sensor for CH3SH gas by using polyelectrolyte-coated sol–gel film | |
| Çorman et al. | Highly selective benzo [a] pyrene detection even under competitive conditions with molecularly imprinted surface plasmon resonance sensor | |
| Kuchmenko et al. | Microstructural investigations of sorption layers in mass-sensitive sensors for the detection of nitrogen-containing compounds | |
| Haag et al. | Characterization of a gold coated cantilever surface for biosensing applications | |
| Koushik et al. | Investigation of the importance of heat transfer during thin electrolyte formation in atmospheric corrosion using a novel experimental approach | |
| Kuchmenko et al. | Peculiarities of microweighing of trace quantities of alkylamines on polymer and solid-state thin films | |
| JP6357032B2 (ja) | 昇温脱離分析装置、該装置に用いられる試料台および昇温脱離分析方法 | |
| US20180080902A1 (en) | Use of piezoelectric transducers modified with metal oxide-based thin films for direct detection of amine derivatives in liquid media | |
| Shuba et al. | Selection of a piezoelectric sensor array for detecting volatile organic substances in water | |
| Yang et al. | Investigating the hygroscopicities of calcium and magnesium salt particles aged with SO2 using surface plasmon resonance microscopy | |
| RU2791848C1 (ru) | Способ определения свойств газочувствительности пленок нанокомпозитных оксидных материалов к газам | |
| Selyanchyn et al. | Simultaneous monitoring of humidity and chemical changes using quartz crystal microbalance sensors modified with nano-thin films | |
| Sugimoto et al. | Classification and characterization of atmospheric VOCs based on sorption/desorption behaviors of plasma polymer films | |
| Ootsuka et al. | Quantification of subsurface hydrogen in corroding mild steel using Scanning Kelvin Probe calibrated by electrochemical permeation technique | |
| JP5181299B2 (ja) | 材料の評価方法 | |
| JP5255062B2 (ja) | 化学物質または生物学的物質の検出のための装置、ならびに該機器を洗浄するための方法 | |
| Wang et al. | Kinetic detection of benzene/chloroform and toluene/chloroform vapors using a single quartz piezoelectric crystal coated with calix [6] arene |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210418 |