WO2006115428A1 - Thermoemitter material for surface ionisation of organic compounds in the air and method for activating a thermoemitter - Google Patents

Thermoemitter material for surface ionisation of organic compounds in the air and method for activating a thermoemitter Download PDF

Info

Publication number
WO2006115428A1
WO2006115428A1 PCT/RU2005/000229 RU2005000229W WO2006115428A1 WO 2006115428 A1 WO2006115428 A1 WO 2006115428A1 RU 2005000229 W RU2005000229 W RU 2005000229W WO 2006115428 A1 WO2006115428 A1 WO 2006115428A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
thermoemitter
emitter
thermal emitter
air
alloy
Prior art date
Application number
PCT/RU2005/000229
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Vladimir Ivanovich Kapustin
Original Assignee
Vladimir Ivanovich Kapustin
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vladimir Ivanovich Kapustin filed Critical Vladimir Ivanovich Kapustin
Priority to PCT/RU2005/000229 priority Critical patent/WO2006115428A1/en
Publication of WO2006115428A1 publication Critical patent/WO2006115428A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02Main electrodes
    • H01J1/13Solid thermionic cathodes
    • H01J1/14Solid thermionic cathodes characterised by the material
    • H01J1/146Solid thermionic cathodes characterised by the material with metals or alloys as an emissive material

Definitions

  • the invention relates to the field of alloys for electronics and instrumentation, in particular, to the field of materials for the manufacture of surface-ionization thermoemitters of ions of organic compounds from the class of amines, hydrazines, their derivatives, a number of other nitrogen-, phosphorus- and arsine-containing compounds, as well as methods of activating such materials.
  • thermo-emitters of ions of organic compounds of amines, hydrazines, and a number of other organic compounds are known that work in air and are made of pure transition metals — molybdenum, tungsten, and rhenium [1].
  • the activation of the thermo-emitter made of these materials is carried out by heating it in air at a temperature of 450 0 C for one hour, as well as by additional heating before starting the thermo-emitter for 10 - 30 minutes [1].
  • thermo-emitters made of these materials have a number of significant drawbacks — the uncontrolled growth of a loose oxide film on the surface of the thermo-emitter in an atmosphere of air, leading to a change in the ionization efficiency of the thermo-emitter over time, shedding of the oxide film, etc.
  • the method for their activation lacks objective criteria for a thermally emitter to achieve an optimum active state.
  • thermoemitter of organic compounds, working in an atmosphere of air, based on a molybdenum single crystal doped with iridium in an amount of (0.05 ⁇ 0.15) weight.
  • the activation of such a thermoemitter is carried out in two stages: high-temperature annealing in vacuum or inert gas at a partial oxygen pressure in the range (0.0001 ⁇ 0.001) Pa at a temperature (0.7 ⁇ 0.8) of the melting point of iridium and subsequent oxidation in air at a temperature of (700 ⁇ 1000) 0 K.
  • the material of the thermal emitter based on this alloy is devoid of the disadvantages inherent in the material of the thermal emitter of pure transition metals, but has its drawbacks.
  • the ionization efficiency of such a thermal emitter changes with fluctuations in the humidity of the air pumped through a device containing a thermal emitter.
  • the thermal emitter changes with fluctuations in the humidity of the air pumped through a device containing a thermal emitter.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) switching on and off violates the single-crystal structure of the material, which is accompanied by its transition to a polycrystalline state, which also reduces the ionization efficiency.
  • the activation of the thermal emitter made of their specified material requires its two-stage heat treatment, which complicates the activation process, and the activation method of such a material also lacks objective criteria for the thermal emitter to achieve an optimum active state.
  • the purpose of the invention the creation of a material for the thermal emitter of ions of organic compounds with stable and high characteristics of the efficiency of ionization of organic compounds in air, not affected by fluctuations in air humidity, resistant to thermal cycling of the thermal emitter, as well as the creation of a method of one-stage activation of the thermal emitter, characterized by the presence of objective metrological criteria for a thermally emitter to achieve an optimum active state.
  • the transition metal VA or VlA of the subgroup of the Periodic system is selected as the basis of the alloy of the material of the thermal emitter, in addition to the higher oxides of the type Me 2 O 5 in the case of the transition metal VA of the subgroup or the type MeO 3 in the case of the transition metal of the VlA subgroup, the formation is also stable on an oxide of the type MeO 2 , which also forms intermediate oxides, which are oxidized to a higher transition metal oxide in an oxidizing gas medium, and are reduced to a lower oxide in a gas medium containing hydrogen and a transition metal, in addition to the base, the alloy contains three alloying components, while one of the transition metals of the IVA subgroup of the Periodic system, which forms a stable oxide of the type MeO 2 in an oxidizing gas medium, in the amount of (0.1 ⁇ 2.0) weight.
  • the metal of the VBA subgroup forming the higher oxide of the type Me 2 O 7 is selected, and as the third alloying component the metal of the VSP subgroup of the Periodic system forming the higher oxide of the type MeO 4 is selected, while the content of the second and third alloying components in the alloy is (0.02 ⁇ 0.3) weight. % of each, and the total content of the second and third alloying components is (0.04 ⁇ 0.6) weight. %
  • Vanadium, molybdenum, or tungsten are chosen as the basis of the alloy of the material of the thermoemitter, and cir-
  • SUBSTITUTE SHEET conium or hafnium, rhenium is chosen as the second alloying component, and ruthenium or rhodium is selected as the third alloying component.
  • the invention consists in the following. It is known [3] that the ionization of organic molecules of nitrogen-containing compounds on the surface of a thermoelectric emitter of ions containing an active layer of a transition metal oxide in an atmosphere of air occurs as a result of the capture by an organic molecule that has fallen on the surface of a thermo emitter with a stream of air, a proton, and desorption of a positively charged ion. Protons (hydrogen ions) on the surface of the thermal emitter are in turn formed as a result of dissociative adsorption on the surface of the thermal emitter of water molecules contained in atmospheric air. Therefore, the main task in creating the material of the thermoemitter, which efficiently and stably ionizes the molecules of organic compounds, is to provide a high and stable concentration of centers on the surface for the dissociative adsorption of water molecules.
  • transition metal oxides can be transition metal atoms located on the surface of the oxide in a state of reduced oxidation state.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) during the formation of compounds with oxygen, they can be created, for example, by annealing such oxides in hydrogen [4]. However, under atmospheric conditions, these states are unstable. These states can also be created by introducing atoms of another metal into the crystal lattice of a transition metal oxide having a lower or higher maximum valency upon interaction with oxygen than atoms of the base metal. However, the introduction into the crystal lattice of molybdenum oxide having a maximum oxidation state of +6, iridium atoms having a maximum oxidation state of +8, in an amount of 0.05 - 0.15 weight.
  • vacuum annealing of the thermal emitter is additionally carried out (first stage of activation), lowering the oxygen concentration in the volume of the material of the thermal emitter in comparison with its equilibrium concentration in the air atmosphere, thereby creating a drain channel for oxygen from molybdenum oxide when the thermal emitter is operating in the atmosphere air in order to reduce the oxidation state of molybdenum atoms in the oxide.
  • New in the present invention is that a reduced oxidation state of transition element atoms in their oxides under atmospheric conditions is achieved by alloying the base metal of the alloy for a thermal emitter, in which the metal of a subgroup VlA or a VlA subgroup is selected, while the metal atoms of an IVA subgroup, VPA subgroups and VSh subgroups of the Periodic system, respectively having a maximum oxidation state of +4, +7 and +8.
  • the metal-base of the alloy itself is selected from the additional condition that in binary systems of this metal with oxygen, firstly, there are oxides with a metal oxidation state of +4 (type MeO 2 ) and, secondly, there are oxides with an intermediate degree oxidation between +4 and a maximum oxidation state of +5 for metals of the VA subgroup and +6 for metals of the VlA subgroup. Therefore, in accordance with these criteria and based on the available types of intermediate oxides [5], we selected vanadium, molybdenum, and tungsten as the base metal of the alloy.
  • thermoemitter SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
  • the essence of the process of activation of the thermoemitter which is carried out at a temperature of 50-100 0 C higher than the operating temperature of the thermoemitter, consists in the oxidation of the surface of the thermoemitter made of the proposed alloys in a flowing stream of air containing water molecules, an oxide film the base metal of the alloy, into the nodes of the crystal lattice of which atoms of the alloying components diffuse from the volume of the alloy, creating centers with a reduced oxidation state of the base metal atoms.
  • water molecules dissociatively adsorbing on the oxide surface, break the metal-oxygen chemical bonds near the oxide surface, thereby providing the possibility of enrichment of the surface of the growing oxide with alloying atoms elements, that is, enrichment of the surface with ionization centers of organic molecules.
  • the presence of water molecules in the flowing air stream additionally provides the ability to control the degree of activation of the surface of the thermal emitter.
  • the thermal emitter at the temperature of activation of the thermal emitter, some of the hydrogen atoms are desorbed in the form of ions, and the ion current is proportional to the concentration of ionization centers on the surface of the thermal emitter and forms the so-called background ion current of the thermal emitter.
  • FIG. 1 shows a diagram of the activation of a thermal emitter with a cylindrical working surface
  • FIG. 2 shows the activation circuit of a thermal emitter with a flat working surface
  • FIG. Figure 3 shows a typical temperature dependence of the background ion current from the surface of an activated thermal emitter.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) which there is a second rise in the background current of the thermal emitter, (T 1 ⁇ T 2 ) is the interval of operating temperatures of the thermal emitter after its activation.
  • novocaine test amine
  • Alloys for thermo-emitters were smelted using a standard electric arc furnace. Samples for measurements were cut out by electroerosion, and their working surface was ground and polished mechanically.
  • thermoemitters were activated in the following modes: air temperature at the inlet to the measuring cell corresponding to FIG. 2, was + 18 C, relative humidity was 55%, the average velocity of the pumped air was 2 m / s, the potential difference between the thermal emitter and the auxiliary electrode was 300 Volts, the thermal emitter was heated to a temperature of 500 0 C. Before the activation of the thermal emitter, the background current in the thermal emitter circuit did not exceed 10 "13 A for all alloy compositions.
  • the background current from the thermal emitters reached a value of (5 * 10 " 10 ⁇ 10 * 10 "9 ) A in depending on the composition of the alloys, after which the background current stabilized. This signaled the end of the activation of the thermoemitter.
  • the ionization efficiency was measured by feeding samples of novocaine with a mass in the range of (10 "10 ⁇ 10 " 6 ) grams. The results are shown in the Table.
  • Alloys of compositions from N ° 3 to Na 12 after activation had a dense layer of dark gray oxide on the surface, resistant to vibrations and mechanical
  • test time the ionization efficiency of test amines on their surface at an operating temperature of 450 ° C changed by no more than 2%.
  • air having 100% humidity was periodically fed to the inlet of the measuring cell periodically for 1 minute (barbating air through boiling water).
  • the ionization efficiency remained constant.
  • a dense gray oxide layer remained on the surface of the thermoemitters.
  • the alloy contains more than 2% of the IVA metal of the subgroup of the Periodic system, an oxide layer of the metal of the form MeO 2 is formed on the surface of the oxide film, which prevents the activation of the thermal emitter.
  • the content of this component in the alloy is less than 0.1%, the activation process takes up to 2 to 3 hours, while on the surface there is an increase in loose inclusions in the oxide film.
  • the alloy contains more than 0.3% of the metal of the VCA subgroup of the Periodic system after the activation process, the ionization efficiency of organic molecules on the surface of the thermoemitter is not stable over time.
  • the content of this component in the alloy is less than 0.02%, the activation process is not observed when the thermoemitter is exposed to activation up to 10 hours.
  • the alloy contains more than 0.3% metal of VHA subgroup of the Periodic system, the ionization efficiency of organic molecules on the surface of the thermoemitter is not stable when the air humidity changes.
  • the content in the alloy is less than 0.02% of this component, the activation of the thermal emitter does not occur in the entire range of activation temperatures.
  • VA or VlA metal as the base metal, the intermediate oxides of which cannot be reduced with hydrogen to lower oxides at temperatures up to 600 ° C or whose higher oxides are inert in solid-phase reactions with other metal oxides or whose oxides have low thermal stability, for example, chromium, tantalum, niobium [6], alloys based on such metals do not provide ionization of molecules of organic compounds.
  • the activation process does not occur.
  • an activation temperature of more than 600 0 C there is a growth of needle structures on the surface of the oxide film, which adversely affects the stability of the thermal emitter.
  • Lazarev B. B. Krasov V. G., Shaplygin I. S., Electrical conductivity of oxide systems and film structures. M .: “Hayka”, 1979, 168 p. 6.
  • Lazarev V. B. Sobolev B. B., Shaplygin I. S. Chemical and physical properties of simple metal oxides. M .: “Hayka”, 1983, 239 p.

Abstract

The aim of the invention is to improve the efficiency of ionisation of organic compounds on an ion thermoemitter surface in the atmosphere air, to increase a ionisation stability in time and with the air humidity variation and to simplify a thermoemitter activating method comprising criteria for controlling the activating process termination. Said aim is attained by that the thermoemitter material is selected on the base of an alloy of vanadium, molybdenum or tungsten alloyed by 0.1-2.0 % by weight zirconium, 0.02-0.3 % by weight rhenium, and by 0.02-0.3 % by weight ruthenium or rhodium. The inventive thermoemitter activating method consists in heating the thermoemitter in an airflow whose temperature, between the thermoemitter and an additional electrode, ranges from 20 °C to +30 °C and humidity from 10 to 85 %, wherein the pumped air average rate is set-up within a range of 0.2-5.0 m/sec and the thermoemitter is heated to a temperature range of 350÷600 °C and is hold at said temperature until the thermoemitter material activating process is over. The termination of the process is determined in terms of a background ion current value in the thermoemitter and additional electrode circuit.

Description

Материал термоэмиттера для поверхностной ионизации органических соединений на воздухе и способ активации термоэмиттераMaterial of a thermal emitter for surface ionization of organic compounds in air and a method for activating a thermal emitter
Изобретение относится к области сплавов для электронной техники и прибо- ростроения, в частности, к области материалов для изготовления поверхностно- ионизационных термоэмиттеров ионов органических соединений из класса аминов, гидразинов, их производных, ряда других азот- , фосфор- и арсин- содержащих соединений, а также к способам активации таких материалов.The invention relates to the field of alloys for electronics and instrumentation, in particular, to the field of materials for the manufacture of surface-ionization thermoemitters of ions of organic compounds from the class of amines, hydrazines, their derivatives, a number of other nitrogen-, phosphorus- and arsine-containing compounds, as well as methods of activating such materials.
Известны материалы термоэмиттеров ионов органических соединений ами- нов, гидразинов, ряда других органических соединений, работающие в условиях атмосферы воздуха и выполненные из чистых переходных металлов — молибдена, вольфрама, рения [1]. Активацию термоэмиттера, выполненного из указанных материалов, проводят прогревом его на воздухе при температуре 450 0C в течение часа, а также дополнительным прогревом перед началом работы термоэмиттера в течение 10 - 30 минут [1]. Однако термоэмиттеры, выполненные из указанных материалов, имеют ряд существенных недостатков - неконтролируемый рост рыхлой оксидной пленки на поверхности термоэмиттера в условиях атмосферы воздуха, приводящий к изменению в течение времени ионизационной эффективности термоэмиттера, осыпанию оксидной пленки и т.д. Кроме того, в способе их активации отсутствуют объективные критерии достижения термоэмиттером оптимально активного состояния.The materials of the thermal emitters of ions of organic compounds of amines, hydrazines, and a number of other organic compounds are known that work in air and are made of pure transition metals — molybdenum, tungsten, and rhenium [1]. The activation of the thermo-emitter made of these materials is carried out by heating it in air at a temperature of 450 0 C for one hour, as well as by additional heating before starting the thermo-emitter for 10 - 30 minutes [1]. However, thermo-emitters made of these materials have a number of significant drawbacks — the uncontrolled growth of a loose oxide film on the surface of the thermo-emitter in an atmosphere of air, leading to a change in the ionization efficiency of the thermo-emitter over time, shedding of the oxide film, etc. In addition, the method for their activation lacks objective criteria for a thermally emitter to achieve an optimum active state.
Известен материал термоэмиттера органических соединений, работающий в условиях атмосферы воздуха, на основе монокристалла молибдена, легированного иридием в количестве (0,05 ÷ 0,15) вес. %. Активацию такого термоэмиттера прово- дят в две стадии: высокотемпературным отжигом в вакууме или инертном газе при парциальном давлении кислорода в интервале (0,0001 ÷ 0,001) Па при температуре (0,7 ÷ 0,8) температуры плавления иридия и последующим окисление на воздухе при температуре (700 ÷ 1000) 0K.The known material of the thermal emitter of organic compounds, working in an atmosphere of air, based on a molybdenum single crystal doped with iridium in an amount of (0.05 ÷ 0.15) weight. % The activation of such a thermoemitter is carried out in two stages: high-temperature annealing in vacuum or inert gas at a partial oxygen pressure in the range (0.0001 ÷ 0.001) Pa at a temperature (0.7 ÷ 0.8) of the melting point of iridium and subsequent oxidation in air at a temperature of (700 ÷ 1000) 0 K.
Материал термоэмиттера на основе указанного сплава лишен недостатков, присущих материалу термоэмиттера из чистых переходных металлов, но имеет свои недостатки. Во-первых, эффективность ионизации такого термоэмиттера изменяется при колебаниях влажности воздуха, прокачиваемого через прибор, содержащий тер- моэмиттер. Во-вторых, в результате диффузии кислорода и азота воздуха в объем монокристаллического термоэмиттера и термоциклирования термоэмиттера при егоThe material of the thermal emitter based on this alloy is devoid of the disadvantages inherent in the material of the thermal emitter of pure transition metals, but has its drawbacks. First, the ionization efficiency of such a thermal emitter changes with fluctuations in the humidity of the air pumped through a device containing a thermal emitter. Secondly, as a result of diffusion of oxygen and nitrogen in the air into the volume of a single-crystal thermal emitter and thermal cycling of the thermal emitter when it
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) включении и выключении нарушается монокристаллическая структура материала, что сопровождается переходом его в поликристаллическое состояние, также снижающее эффективность ионизации.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) switching on and off violates the single-crystal structure of the material, which is accompanied by its transition to a polycrystalline state, which also reduces the ionization efficiency.
Кроме того, активация термоэмиттера, выполненного их указанного материа- ла, требует его двухстадийной термообработки, что усложняет процесс активации, а в способе активации такого материала также отсутствуют объективные критерии достижения термоэмиттером оптимально активного состояния.In addition, the activation of the thermal emitter made of their specified material requires its two-stage heat treatment, which complicates the activation process, and the activation method of such a material also lacks objective criteria for the thermal emitter to achieve an optimum active state.
Цель предлагаемого изобретения: создание материала термоэмиттера ионов органических соединений, обладающего стабильными и высокими характеристика- ми эффективности ионизации органических соединений в условиях атмосферы воздуха, не подверженными влиянию колебаний влажности воздуха, устойчивого к термоциклированию термоэмиттера, а также создание способа одностадийной активации термоэмиттера, характеризующегося наличием объективных метрологических критериев достижения термоэмиттером оптимально активного состояния. Поставленная цель достигается тем, что в качестве основы сплава материала термоэмиттера выбирают переходный металл VA или VlA подгруппы Периодической системы, помимо высших оксидов вида Me2O5 в случае переходного металла VA подгруппы или вида MeO3 в случае переходного металла VlA подгруппы образующий также устойчивый на воздухе оксид вида MeO2 , образующий также проме- жуточные оксиды, которые в окислительной газовой среде окисляются до высшего оксида переходного металла, а в газовой среде, содержащей водород, восстанавливаются до низшего оксида переходного металла, причем сплав кроме основы содержит три легирующих компонента, при этом в качестве первого легирующего компонента сплава выбирают один из переходных металлов IVA подгруппы Периодиче- ской системы, образующий в окислительной газовой среде устойчивый оксид вида MeO2 , в количестве (0,1 ÷2,0) вес. %, в качестве второго легирующего компонента выбирают металл VПА подгруппы, образующий высший оксид вида Me2O7 , а в качестве третьего легирующего компонента выбирают металл VШ подгруппы Периодической системы, образующий высший оксид вида MeO4 , при этом содержание второго и третьего легирующих компонентов в сплаве составляет (0,02 ÷0,3) вес. % каждого, причем суммарное содержание второго и третьего легирующих компонентов составляет (0,04 ÷0,6) вес. %.The purpose of the invention: the creation of a material for the thermal emitter of ions of organic compounds with stable and high characteristics of the efficiency of ionization of organic compounds in air, not affected by fluctuations in air humidity, resistant to thermal cycling of the thermal emitter, as well as the creation of a method of one-stage activation of the thermal emitter, characterized by the presence of objective metrological criteria for a thermally emitter to achieve an optimum active state. This goal is achieved by the fact that the transition metal VA or VlA of the subgroup of the Periodic system is selected as the basis of the alloy of the material of the thermal emitter, in addition to the higher oxides of the type Me 2 O 5 in the case of the transition metal VA of the subgroup or the type MeO 3 in the case of the transition metal of the VlA subgroup, the formation is also stable on an oxide of the type MeO 2 , which also forms intermediate oxides, which are oxidized to a higher transition metal oxide in an oxidizing gas medium, and are reduced to a lower oxide in a gas medium containing hydrogen and a transition metal, in addition to the base, the alloy contains three alloying components, while one of the transition metals of the IVA subgroup of the Periodic system, which forms a stable oxide of the type MeO 2 in an oxidizing gas medium, in the amount of (0.1 ÷ 2.0) weight. %, as the second alloying component, the metal of the VBA subgroup forming the higher oxide of the type Me 2 O 7 is selected, and as the third alloying component the metal of the VSP subgroup of the Periodic system forming the higher oxide of the type MeO 4 is selected, while the content of the second and third alloying components in the alloy is (0.02 ÷ 0.3) weight. % of each, and the total content of the second and third alloying components is (0.04 ÷ 0.6) weight. %
В качестве основы сплава материала термоэмиттера выбирают ванадий, молибден или вольфрам, в качестве первого легирующего компонента выбирают цир-Vanadium, molybdenum, or tungsten are chosen as the basis of the alloy of the material of the thermoemitter, and cir-
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) коний или гафний, в качестве второго легирующего компонента выбирают рений, а в качестве третьего легирующего компонента выбирают рутений или родий. Вблизи термоэмиттера помещают электрически изолированный вспомогательный электрод с зазором между термоэмиттером и вспомогательным электродом, через зазор с помощью внешнего насоса прокачивают воздух, имеющий на входе в зазор температуру в интервале (- 20 ÷ + 30) 0C и относительную влажность в интервале (10 ÷ 85)% , при этом среднюю скорость прокачиваемого воздуха V = Q/S устанавливают в интервале (0,2 ÷ 5) м/сек, где Q — объемная производительность внешнего насоса, м3/ceк , S - среднее сечение зазора между термоэмиттером и вспомога- тельным электродом, м2 , между термоэмиттером и вспомогательным электродом прикладывают постоянную разность потенциалов в интервале (30 ÷ 600) Вольт плюсом на термоэмиттер и минусом на вспомогательный электрод, измеряют величину электрического тока, протекающего в цепи термоэмиттера и вспомогательного электрода, термоэмиттер нагревают до температуры в интервале (350 ÷ 600) 0C и выдер- живают при данной температуре до окончания процесса активации материала термоэмиттера, причем об окончании процесса активации материала термоэмиттера судят по величине фонового ионного тока в цепи термоэмиттера и вспомогательного электрода.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) conium or hafnium, rhenium is chosen as the second alloying component, and ruthenium or rhodium is selected as the third alloying component. An electrically insulated auxiliary electrode is placed near the thermo-emitter with a gap between the thermo-emitter and the auxiliary electrode, air is pumped through the gap with an external pump, having a temperature at the inlet of the gap in the range (- 20 ÷ + 30) 0 C and relative humidity in the range (10 ÷ 85 )%, while the average pumped air speed V = Q / S is set in the range (0.2 ÷ 5) m / s, where Q is the volumetric capacity of the external pump, m 3 / sec, S is the average cross-section of the gap between the thermal emitter and the auxiliary - a solid electrode, 2, between the thermal emitter and the auxiliary electrode is applied a constant potential difference in the range of (30 ÷ 600) Volts plus at the thermal emitter and the minus at the auxiliary electrode, measure the amount of electric current flowing in the circuit of the thermal emitter and the auxiliary electrode, thermal emitter is heated to a temperature (350 ÷ 600) 0 C and held at a given temperature until the end of the process of activation of the material of the thermo-emitter, moreover, the end of the process of activation of the material of the thermo-emitter is judged by the value of the background and current in the circuit of the thermal emitter and auxiliary electrode.
Сущность изобретения состоит в следующем. Известно [3], что ионизация органических молекул азотсодержащих соединений на поверхности термоэмиттера ионов, содержащего активный слой оксида переходного металла, в условиях атмосферы воздуха происходит в результате захвата органической молекулой, попавшей на поверхность термоэмиттера с потоком воздуха, протона и десорбции образовавшегося положительно заряженного иона. Прото- ны (ионы водорода) на поверхности термоэмиттера в свою очередь образуются в результате диссоциативной адсорбции на поверхности термоэмиттера молекул воды, содержащихся в составе воздуха атмосферного давления. Поэтому основной задачей при создании материала термоэмиттера, эффективно и стабильно ионизирующего молекулы органических соединений, является обеспечение на поверхности высокой и стабильной концентрации центров для диссоциативной адсорбции молекул воды.The invention consists in the following. It is known [3] that the ionization of organic molecules of nitrogen-containing compounds on the surface of a thermoelectric emitter of ions containing an active layer of a transition metal oxide in an atmosphere of air occurs as a result of the capture by an organic molecule that has fallen on the surface of a thermo emitter with a stream of air, a proton, and desorption of a positively charged ion. Protons (hydrogen ions) on the surface of the thermal emitter are in turn formed as a result of dissociative adsorption on the surface of the thermal emitter of water molecules contained in atmospheric air. Therefore, the main task in creating the material of the thermoemitter, which efficiently and stably ionizes the molecules of organic compounds, is to provide a high and stable concentration of centers on the surface for the dissociative adsorption of water molecules.
Известно [4], что центрами адсорбции молекул воды на поверхности оксидов переходных металлов могут быть атомы переходных металлов, находящиеся на поверхности оксида в состоянии пониженной степени окисления. Такие состояния на поверхности переходных металлов, характеризующихся переменной валентностьюIt is known [4] that the centers of adsorption of water molecules on the surface of transition metal oxides can be transition metal atoms located on the surface of the oxide in a state of reduced oxidation state. Such states on the surface of transition metals characterized by variable valency
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) при образовании соединений с кислородом, могут быть созданы, например, путем отжига таких оксидов в водороде [4]. Однако в условиях атмосферы воздуха эти состояния являются нестабильными. Эти состояния могут быть созданы также путем введения в кристаллическую решетку оксида переходного металла атомов другого металла, имеющих меньшую или большую максимальную валентность при взаимодействии с кислородом, чем атомы основного металла. Однако введение в кристаллическую решетку оксида молибдена, имеющего максимальную степень окисления +6, атомов иридия, имеющего максимальную степень окисления +8, в количестве 0,05 - 0,15 вес. % , как предложено в [2], недостаточно для создания требуемой поверхностной концентрации центров адсорбции молекул воды, то есть центров ионизации молекул органических соединений. Поэтому в [2] дополнительно проводят вакуумный отжиг термоэмиттера (первая стадия активации), понижая концентрацию кислорода в объеме материала термоэмиттера по сравнению с ее равновесной концентрацией в атмосфере воздуха, создавая тем самым канал «cтoкa» для кислорода из оксида молибдена при работе термоэмиттера в атмосфере воздуха с целью понижения степени окисления атомов молибдена в оксиде.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) during the formation of compounds with oxygen, they can be created, for example, by annealing such oxides in hydrogen [4]. However, under atmospheric conditions, these states are unstable. These states can also be created by introducing atoms of another metal into the crystal lattice of a transition metal oxide having a lower or higher maximum valency upon interaction with oxygen than atoms of the base metal. However, the introduction into the crystal lattice of molybdenum oxide having a maximum oxidation state of +6, iridium atoms having a maximum oxidation state of +8, in an amount of 0.05 - 0.15 weight. %, as suggested in [2], is not enough to create the required surface concentration of adsorption centers of water molecules, that is, ionization centers of molecules of organic compounds. Therefore, in [2], vacuum annealing of the thermal emitter is additionally carried out (first stage of activation), lowering the oxygen concentration in the volume of the material of the thermal emitter in comparison with its equilibrium concentration in the air atmosphere, thereby creating a drain channel for oxygen from molybdenum oxide when the thermal emitter is operating in the atmosphere air in order to reduce the oxidation state of molybdenum atoms in the oxide.
Новым в предлагаемом изобретении является то, что пониженная степень окисления атомов переходных элементов в их оксидах в условиях атмосферы воздуха достигается путем легирования металла-основы сплава для термоэмиттера, в ка- честве которого выбирают металл VA подгруппы или VlA подгруппы, одновременно атомами металлов IVA подгруппы, VПА подгруппы и VШ подгруппы Периодической системы, имеющих соответственно максимальную степень окисления +4, +7 и +8. При этом сам металл-основу сплава выбирают из дополнительного условия, что в двойных системах данного металла с кислородом, во первых, существуют ок- сиды со степенью окисления металла +4 (вида MeO2) и, во-вторых, существуют оксиды с промежуточной степенью окисления между +4 и максимальной степенью окисления, равной +5 для металлов VA подгруппы и +6 для металлов VlA подгруппы. Поэтому в соответствии с данными критериями и на основании имеющихся типов промежуточных оксидов [5] в качестве металла-основы сплава нами были вы- браны ванадий, молибден и вольфрам.New in the present invention is that a reduced oxidation state of transition element atoms in their oxides under atmospheric conditions is achieved by alloying the base metal of the alloy for a thermal emitter, in which the metal of a subgroup VlA or a VlA subgroup is selected, while the metal atoms of an IVA subgroup, VPA subgroups and VSh subgroups of the Periodic system, respectively having a maximum oxidation state of +4, +7 and +8. In this case, the metal-base of the alloy itself is selected from the additional condition that in binary systems of this metal with oxygen, firstly, there are oxides with a metal oxidation state of +4 (type MeO 2 ) and, secondly, there are oxides with an intermediate degree oxidation between +4 and a maximum oxidation state of +5 for metals of the VA subgroup and +6 for metals of the VlA subgroup. Therefore, in accordance with these criteria and based on the available types of intermediate oxides [5], we selected vanadium, molybdenum, and tungsten as the base metal of the alloy.
Конкретный тип легирующих компонентов и их весовое содержание были выбраны нами исходя из результатов экспериментальных исследований эффективности ионизации триэтиламина, димедрола, папаверина (тестовые амины) на поверхности термоэмиттеров, изготовленных из сплавов различных составов.The specific type of alloying components and their weight content were selected based on the results of experimental studies of the ionization efficiency of triethylamine, diphenhydramine, papaverine (test amines) on the surface of thermoemitters made of alloys of various compositions.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Сущность процесса активации термоэмиттера, который проводят при температуре на 50 — 100 0C выше рабочей температуры термоэмиттера, состоит в том, что при окислении поверхности термоэмиттера, изготовленного из предлагаемых сплавов, в проточном потоке воздуха, содержащего молекулы воды, происхо- дит рост оксидной пленки металла-основы сплава, в узлы кристаллической решетки которого из объема сплава диффундируют атомы легирующих компонентов, создавая центры с пониженной степенью окисления атомов металла-основы. При этом на этапе активирования при температуре, более высокой по сравнению с рабочей температуре термоэмиттера, молекулы воды, диссоциативно адсорбируясь на поверхно- сти оксида, разрывают химические связи «мeтaлл-киcлopoд» вблизи поверхности оксида, обеспечивая тем самым возможность обогащения поверхности растущего оксида атомами легирующих элементов, то есть обогащения поверхности центрами ионизации органических молекул. При этом наличие молекул воды в проточном потоке воздуха обеспечивает дополнительно возможность контроля степени активации поверхности термоэмиттера. Действительно, при температуре активации термоэмиттера часть атомов водорода десорбируется в виде ионов, причем величина ионного тока пропорциональна концентрации центров ионизации на поверхности термоэмиттера и образует так называемый фоновый ионный ток термоэмиттера.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) The essence of the process of activation of the thermoemitter, which is carried out at a temperature of 50-100 0 C higher than the operating temperature of the thermoemitter, consists in the oxidation of the surface of the thermoemitter made of the proposed alloys in a flowing stream of air containing water molecules, an oxide film the base metal of the alloy, into the nodes of the crystal lattice of which atoms of the alloying components diffuse from the volume of the alloy, creating centers with a reduced oxidation state of the base metal atoms. At the same time, at the activation stage at a temperature higher than the operating temperature of the thermoemitter, water molecules, dissociatively adsorbing on the oxide surface, break the metal-oxygen chemical bonds near the oxide surface, thereby providing the possibility of enrichment of the surface of the growing oxide with alloying atoms elements, that is, enrichment of the surface with ionization centers of organic molecules. Moreover, the presence of water molecules in the flowing air stream additionally provides the ability to control the degree of activation of the surface of the thermal emitter. Indeed, at the temperature of activation of the thermal emitter, some of the hydrogen atoms are desorbed in the form of ions, and the ion current is proportional to the concentration of ionization centers on the surface of the thermal emitter and forms the so-called background ion current of the thermal emitter.
Перечисленные выше признаки соответствуют критериям «нoвизнa» и «cy- щественные oтличия» применительно к данному изобретению.The above features meet the criteria of “new” and “material differences” in relation to this invention.
На Фиг. 1 показана схема активации термоэмиттера с цилиндрической рабочей поверхностью, на Фиг. 2 показана схема активации термоэмиттера с плоской рабочей поверхностью, а на Фиг. 3 приведена типичная температурная зависимость фонового ионного тока с поверхности активированного термоэмиттера. На Фиг 1 , Фиг. 2 и Фиг. 3 обозначены: 1 - термоэмиттер ионов, 2 - нагреватель термоэмиттера, 3 - вспомогательный электрод, 4 - источник разности потенциалов между термоэмиттером и вспомогательным электродом, 5 - прибор для измерения ионного тока с термоэмиттера, 6 - датчик температуры термоэмиттера, 7 - среднее сечение зазора между термоэмиттером и вспомогательным электродом, Q — поток воздуха, прокачиваемого вблизи поверхности термоэмиттера внешним насосом, причем изменение направления прокачки воздуха на противоположное не меняет сущности изобретения, T1 - температура, при которой имеет место спад величины фонового ионного тока термоэмиттера после первого его пика, T2 - температура, приIn FIG. 1 shows a diagram of the activation of a thermal emitter with a cylindrical working surface; FIG. 2 shows the activation circuit of a thermal emitter with a flat working surface, and FIG. Figure 3 shows a typical temperature dependence of the background ion current from the surface of an activated thermal emitter. In FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 3 are marked: 1 - ion emitter, 2 - heater emitter, 3 - auxiliary electrode, 4 - source of potential difference between the emitter and auxiliary electrode, 5 - device for measuring ion current from the emitter, 6 - temperature emitter temperature sensor, 7 - average gap section between the auxiliary electrode and the thermal emitter, Q - air flow near the surface of the thermal emitter pumped external pump, the change of direction of pumping air to the contrary do not alter the essence of the invention, T 1 - evap pa, at which there is a decline in the magnitude of the background ion current thermal emitter after its first peak, T 2 - the temperature at
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) которой имеет место второй подъем величины фонового тока термоэмиттера, (T1 ÷ T2 ) - интервал рабочих температур термоэмиттера после его активации.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) which there is a second rise in the background current of the thermal emitter, (T 1 ÷ T 2 ) is the interval of operating temperatures of the thermal emitter after its activation.
Были сопоставлены значения эффективности ионизации новокаина (тестового амина) на поверхности предложенных сплавов различных составов, а также извест- ных сплавов. Сплавы для термоэмиттеров были выплавлены с использованием стандартной электродуговой печи. Образцы для измерений вырезали электроэрозией, а их рабочую поверхность шлифовали и полировали механически.The ionization efficiencies of novocaine (test amine) were compared on the surface of the proposed alloys of various compositions, as well as of the known alloys. Alloys for thermo-emitters were smelted using a standard electric arc furnace. Samples for measurements were cut out by electroerosion, and their working surface was ground and polished mechanically.
Перед измерениями проводили активацию термоэмиттеров при следующих режимах: температура воздуха на входе в измерительную ячейку, соответствующую Фиг. 2, составляла + 18 С , относительная влажность составляла 55% , средняя скорость прокачиваемого воздуха составляла 2 м/сек, разность потенциалов между термоэмиттером и вспомогательным электродом составляла 300 Вольт, термоэмиттер нагревали до температуры 500 0C. Перед началом процесса активации термоэмиттера величина фонового тока в цепи термоэмиттера не превышала 10"13 А для всех составов сплавов. После 10 ÷ 30 минут прогрева термоэмиттеров разных составов при температуре активации фоновый ток с термоэмиттеров достигал значения (5*10"10 ÷ 10*10"9) А в зависимости от состава сплавов, после чего величина фонового тока стабилизировалась. Это свидетельствовало об окончании процесса активации термоэмиттера. Измерения эффективности ионизации проводили, подавая пробы но- вокаина массой в интервале (10"10 ÷ 10"6) грамм. Результаты приведены в Таблице.Before measurements, thermoemitters were activated in the following modes: air temperature at the inlet to the measuring cell corresponding to FIG. 2, was + 18 C, relative humidity was 55%, the average velocity of the pumped air was 2 m / s, the potential difference between the thermal emitter and the auxiliary electrode was 300 Volts, the thermal emitter was heated to a temperature of 500 0 C. Before the activation of the thermal emitter, the background current in the thermal emitter circuit did not exceed 10 "13 A for all alloy compositions. After 10–30 minutes of heating of thermal emitters of different compositions at the activation temperature, the background current from the thermal emitters reached a value of (5 * 10 " 10 ÷ 10 * 10 "9 ) A in depending on the composition of the alloys, after which the background current stabilized. This signaled the end of the activation of the thermoemitter. The ionization efficiency was measured by feeding samples of novocaine with a mass in the range of (10 "10 ÷ 10 " 6 ) grams. The results are shown in the Table.
Figure imgf000008_0001
Figure imgf000008_0001
Сплавы составов от N° 3 до Na 12 после активации имели на поверхности плотный слой оксида темно серого цвета, устойчивый к вибрациям и механическомуAlloys of compositions from N ° 3 to Na 12 after activation had a dense layer of dark gray oxide on the surface, resistant to vibrations and mechanical
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) истиранию. Испытания активированных сплавов показали, что в течение 200 часовSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) abrasion. Tests of activated alloys showed that within 200 hours
(время испытаний) эффективность ионизации тестовых аминов на их поверхности при рабочей температуре 450 0C изменялась не более, чем на 2%. Во время испытаний на вход измерительной ячейки периодически в течение 1 минуты подавали воз- дух, имеющий 100% влажность (барбатируя воздух через кипящую воду). При этом эффективность ионизации оставалась постоянной. После испытаний на поверхности термоэмиттеров сохранился плотный серый слой оксида. Предложенный материал и способ его активации по сравнению с известными техническими решениями позволили обеспечить более высокую эффективность ионизации органический соедине- ний, стабильную во времени и не чувствительную к колебаниям влажности воздуха, резко упростить процесс активации термоэмиттера и обеспечить возможность контроля окончания процесса активации(test time) the ionization efficiency of test amines on their surface at an operating temperature of 450 ° C changed by no more than 2%. During the tests, air having 100% humidity was periodically fed to the inlet of the measuring cell periodically for 1 minute (barbating air through boiling water). In this case, the ionization efficiency remained constant. After testing, a dense gray oxide layer remained on the surface of the thermoemitters. The proposed material and the method of its activation in comparison with the known technical solutions made it possible to provide a higher ionization efficiency of organic compounds, stable in time and not sensitive to fluctuations in air humidity, to drastically simplify the activation process of the thermal emitter and to provide the ability to control the end of the activation process
При содержании в сплаве более 2% металла IVA подгруппы Периодической системы на поверхности оксидной пленки образуется слой оксида этого металла ви- да MeO2, что препятствует активации термоэмиттера. При содержании в сплаве менее 0,1% данного компонента процесс активации занимает до 2 - 3 часов, при этом на поверхности наблюдается рост рыхлых включений в' оксидной пленке.When the alloy contains more than 2% of the IVA metal of the subgroup of the Periodic system, an oxide layer of the metal of the form MeO 2 is formed on the surface of the oxide film, which prevents the activation of the thermal emitter. When the content of this component in the alloy is less than 0.1%, the activation process takes up to 2 to 3 hours, while on the surface there is an increase in loose inclusions in the oxide film.
При содержании в сплаве более 0,3% металла VПА подгруппы Периодической системы после процесса активации эффективность ионизации органических молекул на поверхности термоэмиттера не стабильна во времени.. При содержании в сплаве менее 0,02% данного компонента процесс активации не наблюдается при выдержке термоэмиттера в режиме активации до 10 часов.If the alloy contains more than 0.3% of the metal of the VCA subgroup of the Periodic system after the activation process, the ionization efficiency of organic molecules on the surface of the thermoemitter is not stable over time. When the content of this component in the alloy is less than 0.02%, the activation process is not observed when the thermoemitter is exposed to activation up to 10 hours.
При содержании в сплаве более 0,3% металла VША подгруппы Периодической системы эффективность ионизации органических молекул на поверхности тер- моэмиттера не стабильна при изменении влажности воздуха. При содержании в сплаве менее 0,02% данного компонент активация термоэмиттера не происходит во всем интервале температур активации.If the alloy contains more than 0.3% metal of VHA subgroup of the Periodic system, the ionization efficiency of organic molecules on the surface of the thermoemitter is not stable when the air humidity changes. When the content in the alloy is less than 0.02% of this component, the activation of the thermal emitter does not occur in the entire range of activation temperatures.
Если в качестве металла-основы выбрать металл VA или VlA, промежуточные оксиды которого не восстанавливаются водородом до низших оксидов при тем- пературе до 600 0C или высшие оксиды которых инертны в твердофазных реакциях взаимодействия с оксидами других металлов или оксиды которых обладают низкой термической устойчивостью, например хром, тантал, ниобий [6], то сплавы на основе таких металлов не обеспечивают ионизацию молекул органических соединений.If we use VA or VlA metal as the base metal, the intermediate oxides of which cannot be reduced with hydrogen to lower oxides at temperatures up to 600 ° C or whose higher oxides are inert in solid-phase reactions with other metal oxides or whose oxides have low thermal stability, for example, chromium, tantalum, niobium [6], alloys based on such metals do not provide ionization of molecules of organic compounds.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Для обеспечения эффективной активации поверхности термоэмиттера необходимо, чтобы число молекул воды, падающих на единицу поверхности термоэмиттера из атмосферы воздуха в единицу времени составляло (5*1019 ÷ 2*1022) CM-2CeK"1, что в интервале температур прокачиваемого воздуха (- 20 ÷ + 30) 0C соответствует влажности воздуха в интервале (10 ÷ 85)% . При значении влажности, меньше 10%, активации термоэмиттера не происходит, при значении влажности более 85% окончание процесса активации во времени трудно фиксируется.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) To ensure effective activation of the surface of the thermal emitter, it is necessary that the number of water molecules falling on a surface unit of the thermal emitter from the air atmosphere per unit time is (5 * 10 19 ÷ 2 * 10 22 ) CM -2 CeK "1 , which is in the temperature range of the pumped air ( - 20 ÷ + 30) 0 C corresponds to air humidity in the range of (10 ÷ 85)%. When the humidity value is less than 10%, the thermoemitter is not activated, when the humidity value is more than 85%, the end of the activation process is difficult to fix in time.
При температуре активации менее 350 С процесс активации не происходит. При температуре активации более 6000C имеет место рост игольчатых структур на поверхности оксидной пленки, что неблагоприятно сказывается на стабильности работы термоэмиттера.At an activation temperature of less than 350 ° C, the activation process does not occur. At an activation temperature of more than 600 0 C, there is a growth of needle structures on the surface of the oxide film, which adversely affects the stability of the thermal emitter.
При скорости прокачки воздуха через устройство для активации менее 0,2 м/сек не удается зарегистрировать фоновый ионный ток из-за действия объемного заряда ионов. При скорости прокачки более 5 м/сек ионы, образующиеся на поверхности эмиттера, «yнocятcя» потоком воздуха и рекомбинируют, не достигая вспомогательного электрода.At a speed of pumping air through the device for activation of less than 0.2 m / s, it is not possible to register a background ion current due to the action of the space charge of ions. At a pumping speed of more than 5 m / s, the ions formed on the surface of the emitter “grow” in the air stream and recombine without reaching the auxiliary electrode.
Изложенное показывает, что в научно-технической и патентной литературе отсутствуют технические решения, позволяющие достичь указанных технических результатов с помощью вышеуказанных приемов и средств, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условиям патентоспособности: «нo- визнa» и «изoбpeтaтeльcкий ypoвeнь». Заявленные материал и способ его активации могут быть реализованы в промышленности, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности: промышленная при- мeнимocть».The foregoing shows that in the scientific, technical and patent literature there are no technical solutions to achieve the indicated technical results using the above methods and means, which allows us to conclude that the claimed invention meets the patentability conditions: “novelty” and “inventive law”. The claimed material and the method of its activation can be implemented in industry, which allows us to conclude that the claimed invention meets the patentability condition: industrial applicability ”.
Источники информации, принятые во внимание.Sources of information taken into account.
1. Головня P.B., Журавлева И.Л., Теренина М.Б. и др., Газохроматографический функциональный анализ аминов при параллельном детектировании поверхностно-ионизационным и пламенно-ионизационным детекторами. «Жypнaл аналитической xимии», 1981, том 34, вып. 3, стр. 533 - 538 (аналог материала и способа).1. Golovnya P.B., Zhuravleva I. L., Terenina M. B. et al., Gas chromatographic functional analysis of amines in parallel detection by surface-ionization and flame-ionization detectors. Journal of Analytical Chemistry, 1981, Volume 34, no. 3, pp. 533 - 538 (analogue of the material and method).
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) 2. Патент Российской Федерации N° 2138877, приоритет от 12.08.97 г. (прототип материала и способа).SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) 2. Patent of the Russian Federation N ° 2138877, priority of 08/12/97 (prototype material and method).
3. Банных O.A., Поварова K.Б., Капустин B.И., Новый подход к поверхностной ионизации и дрейф - спектроскопии органических молекул., ЖТФ, 2002, том 72, вып. 12, с. 88 - 93.3. Bannykh O.A., Povarova KB, Kapustin B.I., A new approach to surface ionization and drift spectroscopy of organic molecules. Zhtf, 2002, Volume 72, no. 12, p. 88 - 93.
4. Крылов O.B., Киселев B.Ф., Адсорбция и катализ на переходных металлах и их оксидах. M.: «Xимия», 1981, 288 с.4. Krylov O.B., Kiselev B.F., Adsorption and catalysis on transition metals and their oxides. M .: "Chemistry", 1981, 288 p.
5. Лазарев Б.B., Красов B.Г., Шаплыгин И.C., Электропроводность окисных систем и пленочных структур. M.: «Hayкa», 1979, 168 с. 6. Лазарев В. Б., Соболев B.B., Шаплыгин И.С. Химические и физические свойства простых оксидов металлов. M.: «Hayкa», 1983, 239 с.5. Lazarev B. B., Krasov V. G., Shaplygin I. S., Electrical conductivity of oxide systems and film structures. M .: "Hayka", 1979, 168 p. 6. Lazarev V. B., Sobolev B. B., Shaplygin I. S. Chemical and physical properties of simple metal oxides. M .: "Hayka", 1983, 239 p.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Материал термоэмиттера для поверхностной ионизации органических соединений на воздухе на основе сплава переходного металла, содержащего в качестве легирующего компонента металл VШ подгруппы Периодической системы, отличающийся тем, что в качестве основы сплава материала термоэмиттера выбирают переходный металл VA или VlA подгруппы Периодической системы, помимо высших оксидов вида Me2O5 в случае переходного металла VA подгруппы или вида MeO3 в случае переходного металла VlA подгруппы образующий также устойчивый на воздухе оксид вида MeO2 , образующий также промежуточные оксиды, которые в окислительной газовой среде окисляются до высшего оксида переходного металла, а в газовой среде, содержащей водород, восстанавливаются до низшего оксида переходного металла, причем сплав кроме основы содержит три легирующих компонен- та, при этом в качестве первого легирующего компонента сплава выбирают один из переходных металлов IVA подгруппы Периодической системы, образующий в окислительной газовой среде устойчивый оксид вида MeO2 , в количестве (ОД ÷2,0) вес. %, в качестве второго легирующего компонента выбирают металл VПА подгруппы, образующий высший оксид вида Me2O7 , а в качестве третьего легирующего компо- нента выбирают металл VШ подгруппы Периодической системы, образующий высший оксид вида MeO4 , при этом содержание второго и третьего легирующих компонентов в сплаве составляет (0,02 ÷0,3) вес. % каждого, причем суммарное содержание второго и третьего легирующих компонентов составляет (0,04 ÷0,6) вес. %.1. The material of the thermal emitter for surface ionization of organic compounds in air based on a transition metal alloy containing the metal of the VH subgroup of the Periodic system as an alloying component, characterized in that the transition metal VA or VlA of the subgroup of the Periodic system is selected as the basis for the alloy of the material of the thermal emitter, in addition to higher oxides of the type Me 2 O 5 in the case of a transition metal of the VA subgroup or of the type MeO 3 in the case of the transition metal of the VlA subgroup also forms an air-stable oxide of the type MeO 2 , vol which also produces intermediate oxides, which are oxidized to a higher transition metal oxide in an oxidizing gas medium, and are reduced to a lower transition metal oxide in a hydrogen-containing gas, moreover, the alloy contains three alloying components in addition to the base, while the first alloying component alloy choose one of the transition metals of the IVA subgroup of the Periodic system, forming in an oxidizing gas medium a stable oxide of the form MeO 2 , in the amount of (OD ÷ 2.0) weight. %, as the second alloying component, the metal of the VBA subgroup forming the higher oxide of the type Me 2 O 7 is selected, and as the third alloying component the metal of the VSP subgroup of the Periodic system forming the higher oxide of the type MeO 4 is selected, while the contents of the second and third alloying components in the alloy is (0.02 ÷ 0.3) weight. % of each, and the total content of the second and third alloying components is (0.04 ÷ 0.6) weight. %
2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что в качестве основы сплава материала термоэмиттера выбирают ванадий, молибден или вольфрам, в качестве первого легирующего компонента выбирают цирконий или гафний, в качестве второго легирующего компонента выбирают рений, а в качестве третьего легирующего компонента выбирают рутений или родий.2. The material according to p. 1, characterized in that vanadium, molybdenum or tungsten are selected as the basis for the alloy of the material of the thermal emitter, zirconium or hafnium is selected as the first alloying component, rhenium is selected as the second alloying component, and rhenium is selected as the third alloying component ruthenium or rhodium.
3. Способ активации термоэмиттера ионов органических соединений, выполненного из материала на основе сплава переходного металла VA или VlA подгрупп Периодической системы, легированного металлами IVA подгруппы и металлами VHA и VШ подгрупп Периодической системы, включающий отжиг материала термоэмиттера в окислительной среде при фиксированной температуре, отличающийся тем, что вблизи термоэмиттера помещают электрически изолиро-3. A method for activating a thermal emitter of ions of organic compounds made of a material based on an alloy of a transition metal VA or VlA subgroups of the Periodic system doped with metals IVA subgroups and metals VHA and VSh subgroups of the Periodic system, comprising annealing the material of the thermal emitter in an oxidizing medium at a fixed temperature, characterized in that electrically insulating
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) ванный вспомогательный электрод с зазором между термоэмиттером и вспомогательным электродом, через зазор с помощью внешнего насоса прокачивают воздух, имеющий на входе в зазор температуру в интервале (- 20 ÷ + 30) 0C и относительную влажность в интервале (10 ÷ 85)% , при этом среднюю скорость прока- чиваемого воздуха V = Q/S устанавливают в интервале (0,2 ÷ 5) м/сек, где Q - объемная производительность внешнего насоса, м3/ceк , S — среднее сечение зазора между термоэмиттером и вспомогательным электродом, м2 , между термоэмиттером и вспомогательным электродом прикладывают постоянную разность потенциалов в интервале (30 ÷ 600) Вольт плюсом на термоэмитrер и минусом на вспомогательный электрод, измеряют величину электрического тока, протекающего в цепи термоэмиттера и вспомогательного электрода, термоэмиттер нагревают до температуры в интервале (350 ÷ 600) 0C и выдерживают при данной температуре до окончания процесса активации материала термоэмиттера, причем об окончании процесса активации материала термоэмиттера судят по величине фонового ионного тока в цепи термоэмиттера и вспомогательного электрода.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the auxiliary electrode with a gap between the thermal emitter and the auxiliary electrode, air is pumped through the gap using an external pump, having a temperature at the inlet of the gap in the range (- 20 ÷ + 30) 0 C and relative humidity in the range (10 ÷ 85)%, at the average air velocity V = Q / S is set in the range (0.2 ÷ 5) m / s, where Q is the volumetric capacity of the external pump, m 3 / sec, S is the average cross-section of the gap between the thermal emitter and the auxiliary electrode, m 2 , between the thermal emitter and the auxiliary electrode ohms apply a constant potential difference in the range (30 ÷ 600) Volts with a plus on the thermo-emitter and minus on the auxiliary electrode, measure the amount of electric current flowing in the circuit of the thermo-emitter and auxiliary electrode, the thermo-emitter is heated to a temperature in the range (350 ÷ 600) 0 C and maintained at a given temperature until the end of the activation process of the material of the thermal emitter, and the end of the activation process of the material of the thermal emitter is judged by the value of the background ion current in the circuit of the thermal emitter and auxiliary lektroda.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
PCT/RU2005/000229 2005-04-27 2005-04-27 Thermoemitter material for surface ionisation of organic compounds in the air and method for activating a thermoemitter WO2006115428A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2005/000229 WO2006115428A1 (en) 2005-04-27 2005-04-27 Thermoemitter material for surface ionisation of organic compounds in the air and method for activating a thermoemitter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2005/000229 WO2006115428A1 (en) 2005-04-27 2005-04-27 Thermoemitter material for surface ionisation of organic compounds in the air and method for activating a thermoemitter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2006115428A1 true WO2006115428A1 (en) 2006-11-02

Family

ID=37214991

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2005/000229 WO2006115428A1 (en) 2005-04-27 2005-04-27 Thermoemitter material for surface ionisation of organic compounds in the air and method for activating a thermoemitter

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2006115428A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2792873C1 (en) * 2022-10-19 2023-03-29 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз") Double-layer porous metal cathode

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU857847A1 (en) * 1979-08-07 1981-08-23 Предприятие П/Я Р-6900 Surface ionization amine gas analyzer molybdenum emitter treatment method
FR2716034A1 (en) * 1981-04-28 1995-08-11 Emi Varian Ltd Thermoelectric emission layer for electron emitting cathode
US5594299A (en) * 1994-03-16 1997-01-14 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh Dispenser cathode with porous sintered compacted metal dispenser body containing chromium oxide
RU2138877C1 (en) * 1997-08-12 1999-09-27 Институт металлургии им.А.А.Байкова РАН Material of thermal emitter for surface ionization of organic compounds in air and method of its activation
US20010009348A1 (en) * 2000-01-10 2001-07-26 Choi Jong-Seo Cathode material for electron beam apparatus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU857847A1 (en) * 1979-08-07 1981-08-23 Предприятие П/Я Р-6900 Surface ionization amine gas analyzer molybdenum emitter treatment method
FR2716034A1 (en) * 1981-04-28 1995-08-11 Emi Varian Ltd Thermoelectric emission layer for electron emitting cathode
US5594299A (en) * 1994-03-16 1997-01-14 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh Dispenser cathode with porous sintered compacted metal dispenser body containing chromium oxide
RU2138877C1 (en) * 1997-08-12 1999-09-27 Институт металлургии им.А.А.Байкова РАН Material of thermal emitter for surface ionization of organic compounds in air and method of its activation
US20010009348A1 (en) * 2000-01-10 2001-07-26 Choi Jong-Seo Cathode material for electron beam apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2792873C1 (en) * 2022-10-19 2023-03-29 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз") Double-layer porous metal cathode

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tibbetts Role of nitrogen atoms in``ion‐nitriding''
Fleischer et al. Sensing reducing gases at high temperatures using long-term stable Ga2O3 thin films
US20070054170A1 (en) Oxygen ion conductors for electrochemical cells
Wüsten et al. Chalcogenides for thin film NO sensors
Hörz Mechanisms and kinetics of absorption and desorption reactions in systems of refractory metals with nitrogen, oxygen or carbon
Haycock High‐Temperature Sulfiding of Iron Alloys in Hydrogen Sulfide‐Hydrogen Mixtures
Jacob et al. Some Studies on a Solid‐State Sulfur Probe for Coal Gasification Systems
RU2260869C1 (en) Heated emitter material for surface ionization of organic compounds in the open and heated emitter activation process
KR20080044260A (en) Fullerene or nanotube, and method for producing fullerene or nanotube
WO2006115428A1 (en) Thermoemitter material for surface ionisation of organic compounds in the air and method for activating a thermoemitter
Sulz et al. Ni, In and Sb implanted Pt and V catalysed thin-film SnO2 gas sensors
Alcock The gaseous oxides of the platinum metals
Matsuda et al. Faradaic rectification with control of alternating potential variations—application to electrode kinetics for fast processes
Sasaki et al. Chemical surface exchange of oxygen on Y2O3-stabilized ZrO2
Jaiswal et al. Direct current bias studies on (Bi2O3) 0.8 (Er2O3) 0.2 electrolyte and Ag–(Bi2O3) 0.8 (Er2O3) 0.2 cermet electrode
US3650920A (en) Method for converting oxygen containing compounds into elemental constituents
US5310474A (en) Workfunction based A/F sensor
Uematsu et al. Electrical properties of high purity tin dioxide doped with antimony
JP2007314406A (en) Fullerene or nanotube, and method for producing fullerene or nanotube
Fouletier et al. Electrically renewable and controllable oxygen getter
JP4100984B2 (en) Hydrogen sensor and hydrogen concentration detection method
JPH0421976B2 (en)
Schwandt et al. Electrode reactions at oxygen, noble metal/stabilized zirconia interfaces
Nikolaev et al. Anode Process on Gold in KF-AlF3-Al2O3 Melt
Savitskii et al. Research on Single Crystals of Some Platinum Group Metals

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: RU

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 05759607

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1