Исследование спектральных, прочностных и гигроскопических свойств оптических монокристаллов галогенидов щелочных металлов при наноструктурировании их поверхности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, кандидат наук Кужаков Павел Викторович

• Кужаков Павел Викторович
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Кужаков Павел Викторович

Список сокращений

Введение

Глава 1. Литературный обзор. Наноструктуры

1.1. Типы и области применения наноструктур

1.2. Методы получения наноматериалов, включая углеродные нанотрубки

1.3. Оптические свойства нанотрубок

1.4. Механические свойства нанотрубок

Выводы к главе

Глава 2 Описание экспериментальных установок и методов исследования наноструктур

2.1. Спектральные методы исследования наноструктур

2.2. Инфракрасная спектроскопия для исследования наноструктур

2.2.1. Инфракрасная спектроскопия

2.2.2. Инфракрасная спектроскопия поверхности

2.2.3. Инфракрасная Фурье - спектроскопия

Выводы к главе

Глава 3. Исследование влияния наноструктурирования поверхности оптических материалов на их прочностные свойства и спектральные характеристики

3.1. Теоретический анализ

3.2. Экспериментальные исследования процесса наноструктурирования

3.3. Исследование образцов кристаллической оптики KCl, NaCl, KBr: спектры пропускания

Выводы к главе

Глава 4 Влияние влажности на гигроскопичные оптические материалы на примере оптических деталей инфракрасных Фурье-спектрометров

4.1. Исследование защитных свойств системы поли-хлор-пара-ксилилена,

нанесенной на элемент ^^г, при воздействии влажности

4.2. Исследование гидрофобных и спектральных свойств системы углеродных

нанотрубок, нанесенных на ^^г и N0, при воздействии влажности

Выводы к главе

Заключение

Список литературы

Приложения

Приложение №1. Сертификат, протокол, патент

Приложение №2. Расчет погрешностей измерений

Приложение №3. Измерение углов смачивания

Список сокращений

FTIR - Fourier transform infrared spectroscopy (ИК Фурье спектроскопия) MG - Максвелл Гарнетт

MIR - средний инфракрасный диапазон спектра

TECVD - метод термически усиленого химически осажденного пара

UV-VIS-NIR - ультрафиолетовый-видимый-ближний ИК-диапазон спектра

АСМ - атомно - силовая микроскопия

ГЩМ - галогениды щелочных металлов

ИК - инфракрасный

МНПВО - многократное нарушенное полное внутреннее отражение

МПМ - метод порошковой металлургии

МУНТ - многослойная углеродная нанотрубка

НПВО - нарушенное полное внутреннее отражение

ПВО - полное внутреннее отражение

ТЭС - теория эффективной среды

УНТ - углеродная нанотрубка

УФ - ультрафиолетовый

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование спектральных, прочностных и гигроскопических свойств оптических монокристаллов галогенидов щелочных металлов при наноструктурировании их поверхности»

Введение

Известно, что междисциплинарная взаимосвязь физики, химии, биомедицины, спектроскопии, светотехники ведет к изучению и использованию новых материалов, поиску актуальных методов исследования основных свойств модифицированных наноструктурами систем, в том числе - кристаллических[1-5]. Для таких систем важно возникновение новых, связанных с наномасштабным проявлением, свойств веществ: структурных, оптических, механических[1,2]. Существенным становится собственно влияние процесса направленного наноструктурирования, за счёт лазерного поверхностного осаждения углеродных наноматериалов, на основные физико-химические свойства важнейших в оптике галогенидов щелочных металлов (ГЩМ). Так как в этом случае можно активировать и проявлять новые особенности гигроскопичных кристаллических тел, что предопределяет актуальность и своевременность темы, а также ведёт к получению новых модифицированных материалов с заданными свойствами. Характеристики полученных материалов находятся в сильной зависимости от условий нанесения данных структур, и могут изменяться в широких пределах.

Расширяющиеся отрасли современной науки, связанные с наноструктурированными материалами, работающими в инфракрасном диапазоне спектра, требуют соответствующей базы, обладающей усовершенствованными физико-химическими свойствами. Некоторые монокристаллы ГЩМ, благодаря расширенному диапазону пропускания и невысоким оптическим потерям, используются в инфракрасной (ИК) -спектроскопии, медицинской техники, оптике световодов (Патент РФ №2465566, [6]). Диапазон пропускания является одним из факторов при выборе материала оптического волокна, но важны также и свойства,

принципиальные при эксплуатации - стабильность состава, стойкость к влаге при нормальных условиях. Так, например, кювета-световод с торцами из бромида калия KBr, пригодна в качестве волоконно-оптической приставки ("соединителя волокна" с делителем из монокристалла KBr) в ИК-Фурье спектрометре (Г.Г. Дeвятых; E.M. Дташв, 1981 год [7]), конечно с учетом влагостойкости.

Выделим широко известные ГЩМ: KBr, KCl, №С1. Известно, что щелочно-галоидные кристаллы являются удобными модельными объектами для исследования закономерностей формирования спектральных характеристик в оптике. В диссертационной работе данные кристаллы были выбраны с учетом перспективности их наноструктурирования и последующем получении влагостойкости, улучшенными прочностными характеристиками, спектральным пропусканием без окон поглощения. Заметим, что исследование именно спектров отражения и пропускания, указанных выше наноструктурированных материалов позволяет найти взаимосвязи и корреляцию между разными физико-химическими свойствами этих систем.

На практике поверхность элементов из монокристаллов часто имеет немалое число недостатков, в результате дефектов шлифовки, различных загрязнений, низкой влагостойкости, требующие увеличения диапазона пропускания и улучшения прочностных свойств материалов.

Вышеперечисленные направления реализуются в лаборатории «Фотофизика сред с нанообъектами» АО «ГОИ им. С.И. Вавилова», которые обеспечивают непрерывную последовательность фундаментальных и прикладных исследований по разработке перспективных наноструктурованных материалов с углеродсодержащими частицами. Одной из задач по исследованию процессов наноструктурирования в модельных системах щелочноземельных галогенидов, при лазерном осаждении

углеродных нанотрубок и нановолокон является анализ спектральных характеристик, с тем, чтобы выявить оптимальные параметры оптических элементов различных функциональных назначений. Развитие современных оптических технологий выдвигает требование по созданию новых влагостойких оптических материалов.

Существует также проблема в области лазерной медицины, спектроскопии по разработке каналов доставки аналитических сигналов от исследуемой области на детектор. Известны соединители волокна с делителем из монокристалла KBr с диапазоном работы от 1,28 до 28,6 мкм, но гигроскопичность кристаллов является недостатком.

Таким образом, экспериментальное и теоретическое исследование природы ИК излучения и явлений при его распространении и взаимодействии с кристаллами KBr, KCl, NaCl, а также исследование по влиянию углеродосодержащих частиц на свойства исследуемых материалов, в частности, прочностные, гигроскопические свойства и спектральные характеристики исходной структуры образов монокристаллов галогенидов щелочных металлов, наноструктурированных углеродными нанотрубками и нановолокнами, - это актуальная задача. Исследование физической природы и новых свойств монокристаллов галогенидов щелочных металлов, в том числе материалов световодов и элементов Фурье-спектрометров, при поверхностной модификации химического состава материалов нанообъектами на примере углеродных нанотрубок (УНТ), с учётом использования воздействия лазерного излучения в инфракрасной области спектра, - определяют актуальность темы и соответствуют паспорту специальности 01.04.05 - Оптика. При этом в спектральных исследованиях свойств гигроскопичных наноструктурируемых оптических монокристаллов, при проведении анализа химических соединений, эффективным является метод ИК-Фурье спектроскопии. Данный метод позволяет получать спектры

с высоким разрешением и контролировать наличие линий поглощения воды в гигроскопичных оптических монокристаллах, а также способствует получению прогноза по корреляционным зависимостям спектральных, прочностных и гигроскопических свойств.

Степень разработанности темы исследования. В лаборатории «Фотофизика сред с нанообъектами» АО «ГОИ им. С.И. Вавилова» разработаны новые способы лазерного осаждения защитного покрытия c основой из углеродных нанотрубок на поверхность гигроскопичных оптических материалов, для целей оптоэлектроники и медицинской техники.

Работа выполнялась согласно: международного проекта по рамочной европейской программе FP7, Мапе Сипе Асйоп, project "BIOMOLEC", 2012 -2015; грантов РФФИ №10-03-00916 (2010-2012), №13-03-00044 (2013-2015); программы ФЦП НТБ "Нанокатинг - ГОИ", 2012-2015; международного проекта «Адаптация» (2017) между АО «ГОИ им.С.И.Вавилова и Ариэльским университетом (Ариэль, Аизраиль).

Цели и зaдaчи работы. Цель диссертационной работы - научное обоснование осаждения углеродных наноструктур: УНТ, нановолокон, на монокристаллы галогенидов щелочных металлов KBr, KCl, NaCl, исследование их прочностных, гигроскопических свойств и спектральных характеристик, для возможного практического применения в оптоэлектронных устройствах ИК - диапазона спектра.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: 1. Выявить механизмы изменения свойств монокристаллов галогенидов щелочных металлов, структурированных нанообъектами, при воздействии инфракрасного излучения на длине волны 10,6 мкм (СО2-лазер).

2. Осуществить квантово-химическое моделирование и исследовать электронные свойства границ раздела на основе углеродных нанотрубок и подложки на примере бромида калия KBr.

3. Установить и изучить корреляции между изменением прочностных свойств и спектральных характеристик монокристаллов выбранной группы галогенидов, при условии наноструктурирования их поверхности УНТ.

4. Исследовать функциональные свойства влагоустойчивости с определением угла смачиваемости гидрофильных исследуемых оптических материалов.

Научная новизна диссертации и достоверность результатов.

В данной работе впервые решены следующие задачи:

1. Предложена и детально исследована структура на основе УНТ с подложкой бромида калия KBr, показано, что перераспределение электронной плотности непосредственно на границе раздела KBr/УНТ приводит к изменению электронной структуры всего материала посредством формирования дополнительных электронных уровней энергии.

2. Впервые на поверхности исследуемых монокристаллов галогенидов щелочных металлов, применялись одностенные УНТ, как эффективно осаждаемые, при использовании установки для лазерного осаждения.

3. Установлено, что галогениды щелочных металлов KCl, KBr, NaCl с осажденными углеродными нанообъектами, изменяют свои спектральные и механические свойства под воздействием лазерного излучения на длине волны X = 10,6 мкм. Исследованы наноструктурированные монокристаллы на основе KCl, KBr, NaCl, относительно исходных, и выявлено отсутствие окон поглощения с увеличением спектрального пропускания на рабочих длинах волн.

4. Выявлена и изучена корреляция между спектральными характеристиками и прочностными свойствами. Впервые показано, что под воздействием влажной атмосферы на свойства гигроскопичных наноструктурированных монокристаллов - KBr, NaCl, происходит

увеличение угла смачиваемости, сравнительно с исходными оптическими монокристаллами, выбранной группы.

Достоверность результатов, подтверждается многократным повторением и независимыми тестированиями структурированных материалов в лабораториях других научных учреждений РФ и зарубежья, а также опубликованием основных результатов работы в журналах из перечня ВАК и цитируемых в базе данных Scopus и Web of Science.

Теоретическая и прaктичeскaя знaчимoсть. Научные результаты, полученные в диссертации, имеют следующую практическую значимость, заключающуюся:

1. В модификации элементов и конструкций оптоэлектронных систем, использующих методы наноструктурирования поверхности монокристаллов галогенидов щелочных металлов на основе KBr, KCl, что повышает прочность защитных материалов и элементов спектрометров; снижает уровень проникающей способности молекул воды в поры гидрофильных материалов; определяет применение в выходных окнах лазерных резонаторов и медицинских приборов (Патент РФ №2543694, [6]).

2. В расширении спектрального диапазона функционирования и повышении влагостойкости элементов и устройств, включая модуляционную технику, системы записи оптической информации, системы ограничения излучения ИК-диапазона спектра, элементы спектрометров, с использованием монокристаллов KCl, KBr, КаС1.

Методология и методы исследования. Решение поставленных в диссертации задач по оптимизации современных ИК материалов потребовало использование известных методик и использование необходимой методической базы. Использован метод измерения спектров пропускания кристаллов на ИК Фурье-спектрометре, а также АСМ-анализ для регистрации рельефа поверхности. Применялся паспортизированный прибор

ОСА-^E для изучения угла смачиваемости, а также прибор ПМТ-3М для измерения микротвёрдости. Предлагаемый в диссертации подход к моделированию комплекса на основе УНТ с присоединёнными атомами щелочных металлов подложки KBr основан на расчётах с помощью теории функционала электронной плотности, реализованной в программном пакете VASP с использованием базиса присоединенных плоских волн.

Личнoe учaстиe aвтoрa. Автор решил поставленные в работе задачи, провел запланированные исследования, осуществил весь комплекс измерений различных свойств исходных и наноструктурированных монокристаллов, таких как спектральный диапазон пропускания монокристаллов на ИК спектрометрах; исследование рельефа наноструктурированных поверхностей, применяя АСМ-анализ; тестирование прочностных характеристик изучаемых ГЩМ. Моделирование в программном пакете VASP наноструктуры УНТ на поверхности монокристалла KBr выполнено совместно с Квашниным Д.Г. (МИСИС, Москва, Россия). На основании исследовательских работ получен патент на изобретение. Цель работы, постановка задач, защищаемые положения, основные выводы проведённых исследований и подготовка данных к опубликованию обсуждены и сформулированы совместно с руководителем работы - доктором физико-математических наук Каманиной Н.В.

Положения, выносимые на защиту:

1. Структурирование углеродными нанотрубками поверхности KCl, КBr, NaCl способом лазерного осаждения нанообъектов приводит, в соответствии с физическими особенностями однослойных УНТ и величиной модуля Юнга порядка 1 ТПа, к росту микротвёрдости, соответственно на 5, 7 и 8%, относительно исходных поверхностей указанной группы ГЩМ.

2. Структурирование углеродными нанотрубками поверхности монокристаллов KCl, КBr, NaCl, способом лазерного осаждения

нанообъектов приводит, в соответствии с показателем преломления УНТ на уровне 1.1, к возрастанию пропускания до 5^7%, относительно исходных поверхностей KCl, KBr, NaCl в диапазоне спектра 300^600 нм, и не ухудшает пропускание в диапазоне спектра 600^20000 нм.

3. Структурирование углеродными нанотрубками поверхности KBr, NaCl с использованием лазерного осаждения нанообъектов при условиях относительной влажности ~55%, температуре 25°С, в соответствии с гидрофобными и спектральными свойствами УНТ, приводит к увеличению спектрального пропускания на 7%, по сравнению с исходными KBr и NaCl, в диапазоне 1500^20000 нм.

4. Структурирование углеродными нанотрубками поверхности KBr, NaCl вызывает увеличение углов смачиваемости в 3.9 раза, подтверждающее тенденцию изменения гидрофильных свойств изученных наноструктурированных кристаллов в сторону их гидрофобности, что связано с встраиванием УНТ в приповерхностные атомарные слои ГЩМ.

5. Установлена и исследована корреляция между изменениями механических и спектральных свойств оптических монокристаллов KCl, KBr, NaCl, структурированных углеродными нанотрубками.

Aпрoбaция работы. Результаты работы обсуждались на следующих российских и зарубежных совещаниях, конференциях, школах: Международный конгресс «Оптика-XXI век», «Фундаментальные проблемы оптики» (СПб, Россия, 2010); Международная материаловедческая конференция YUCOMAT (Херцег-Нови, 2011); Международный форум «Будущее авиации за молодой Россией» (в 2011 г. ив 2012 г., Рыбинск, Жуковский, Москва); Международная конференция (Белград, Сербия, декабрь 2012), посвященная новым материалам и технологиям; Международная научная школа по применению сканирующей зондовой

микроскопии (СЗМ) в науке, (Ольбургский университет, Дания, август 2013); Материаловедческая израильская конференция MMT-2014, 2016 (Ариэль, Израиль); 16-ый Российско-Израильский Семинар ("Bi-National Workshop КшБ1а-Ьгае1, 2017, Израиль).

Публи^ции. В диссертации даны ссылки на 24 работы автора: 4 [8-11] - в рецензируемых журналах ВАК при Министерстве образования и науки Российской Федерации, 1 - патент [6], 18 - доклады и тезисы конференций и другие публикации [12-31]. Статьи [10,13,14,22,25-27,29] входят в базу цитирования Scopus и WoS.

Структура и объем диссертации. Диссертация одержит 4 главы, включает 138 страниц, 17 таблиц и 64 рисунка. Спи^к литературы содержит 123 наименования.

ГЛaвa 1. Литературный обзор. ^^структуры 1.1. Типы и oблaсти примeнeния нaнoструктур

В настоящее время известны различные углеродные материалы, из которых кубический алмаз и гексогональный графит наиболее хорошо изучены. Углеродные материалы явлются уникальными благодаря своей структуре, и вполне логично, что к ним в настоящее время проявляется все больший интерес. Среди наноразмерных образований углерода выделим особенно перспективные: графен, фуллерены, нанотрубки (рисунок 1). Указанные наноструктуры углерода называют реальными наночастицами, то есть все составляющие атомы этих наноструктур находятся на поверхности.

Углерод - уникальное вещество, способное образовывать материалы с различным типом химической связи и широким спектром электрофизических свойств. Так, например, алмаз, имеющий sp3-гибридизацию атомов углерода, обладает высокой твердостью (100 ГПа) и теплопроводностью (до 2000 Вт/м^К), химической стойкостью, оптической прозрачностью в диапазоне от ИК (инфракрасного) до УФ (ультрафиолетового) излучения, широкой запрещенной зоной (5,49 эВ), низкой скоростью истирания и низким коэффициентом трения [32,33]. Благодаря своим свойствам данный материал перспективен для создания износостойких и антикоррозийных покрытий, режущих механических инструментов, защитных и антиотражающих покрытий, элементов инфракрасной и видимой, детекторов излучения и т. д.

С другой стороны, графит, имеющий sp2-тип гибридизации, является мягким, имеет высокую удельную электропроводность и низкий коэффициент трения, но высокую скорость истирания. Графит широко используется как твердотельный смазочный материал [34].

В зависимости от соотношения долей атомов углерода с sp3 и sp2-типом гибридизации могут формироваться аморфные, нано-, микро- и монокристаллические пленки алмаза или графита.

Графит — это трехмерная кристаллическая модификация структуры углерода (рисунок 2). Кристаллическая структура, состоящая из параллельных слоев атомов, при этом каждый из слоев в структуре - это плотная упаковка шестиугольников, с атомами углерода в вершинах. На рисунке 2, графически изображены стороны этих шестиугольников с длинами связи 0,142 нм, показано межслойное расстояние у графита (0,334 нм) с достаточно слабой связью при проявлении ван-дер-ваальсовского взаимодействия. Отметим особенности физических свойств в структуре графита: это низкая твердость и различие в направлениях внутри данной среды (следовательно, влияние на теплопроводность и электрическую проводимость).

Другая наноструктура, графен - это структура размерностью 2D, при этом, с любыми возможными слоями трехмерной структуры графита, которую можно рассмотреть как очень большую плоскостную кристаллическую структуру из углеродных атомов. Моноатомный графеновый слой, скрученный в цилиндр, с шестиугольной сеткой из углеродных атомов соединенной без швов, называется одностенной УНТ[35].

Рисунок 1 - Наноструктуры углерода, графен, как основа для графитоподобных материалов: 1 — фуллерен, 2 — нанотрубка, 3 — графит [36,37];

нм

Рисунок 2 - Графитная кристаллическая структура [38].

Экспериментально диаметры одностенных нанотрубок можно получать от 0,43 до 6 нм.

Рисунок 3 - Наноскопическое изображение многостенных УНТ [39].

Многосенные УНТ, состоящие из вставленных один в другой коаксиальных цилиндров, изображены на рисунке 3, число стенок таких наноструктур от 2 ^ 50. Электронное изображение многостенных УНТ представлено на рисунке 4.

Рисунок 4 - Электронно-микроскопические изображения многостенных УНТ[39].

Итак, сдeлaeм aкцeнт нa УНТ. Это цилиндрическая структура, из графитовых слоев, свернутых в трубку. Часто концы труб бывают с полусферической головкой, сформированной из половинок фуллерена.

УНТ, в силу своих энергетических, рефрактивных и механических свойств, в настоящее время применяются для разработки новых элементов наноэлектроники [38-40]. Существует возможность, путем изменения структуры нанотрубки, регулировать ее проводимость, а, следовательно, создавать устройства солнечной энергетики. Возможно применение полости УТН как оболочки для газообразных или жидких веществ, что находит применение в системах хранения газов и примесей.

Зaдaчaми дaннoй диссeртaции являeтся модификация поверхностных свойств ряда монокристаллов (с учетом широкой рабочей области спектра) углеродными нанотрубками, поскольку проведённые ранее исследования выявили, что, например, модельные матрицы материала фторида магния при структурировании поверхности УНТ существенно оптимизируются по спектру пропускания, прочностным характеристикам и лазерной стойкости [11-30].

В данное время исследуются различные свойства наноматериалов, а также расширяются области применения УНТ, фуллеренов и других наноматериалов.

Инструмeнтaлbныe мaтeрuaлы.

В инструментальных материалах необходимы устойчивые структурные состояния. Основной принципиальный вывод, который можно сделать из изученных научных источников, заключается в том, что структурное состояние инструментальных сплавов с нанозерном более устойчивое, относительно структурного состояния известных инструментальных материалов [1,2,41-43].

Пврспвктивныв мaтeриaлы, для вoлoкoнных свeтoвoдoв ИК-oблaсти. Преимущество спектрального диапазона в волоконно-оптической связи от 2 до 15 мкм, можно описать с учётом трех аргументов. Во-первых, есть лазеры, с длиной волны генерации, попадающей в указанный диапазон; среди них используются полупроводниковые лазеры - до 4 мкм, химические и СО, СО2-лазеры. Во-вторых, у KCl, NaCl потери в среднем ИК спектральном диапазоне на уровне 0,01 дБ/км и ниже. В-третьих, у одномодовых световодов, работающих в данном ИК-диапазоне, диаметр сердцевины может иметь значение несколько десятков микрометров. Отмеченные аргументы весьма важны в получении одномодовых световодов, и разработке стыковочных устройств [7].

Зaщитa мaтeриaлoв.

Для высокой надежности функционирования изделий,

сталкивающихся с работой при воздействии влажности, необходимо обеспечить высокие водоотталкивающие свойства от их поверхностей. Защитой таких изделий, например, могут служить защитные стекла, окна. В результате, на основе наночастиц, были разработаны различные покрытия [44]. Некоторые из защитных покрытий будут рассмотрены далее в диссертации.

Биoтeхнoлoгии и мeдицинa.

Применение наноматериалов, например, молекулярных покрытий, возможно в микрочиповых системах ПЦР-анализаторов [45]. Излучение среднего ИК-диапазона, действительно, является привлекательным для медицинских приложений (лазерной хирургии), ввиду того, что человеческие ткани состоят в основном из воды, которая сильно поглощает в среднем ИК (от 104 см-1 в диапазоне от 3 мкм до 10,6 мкм). Для данных применений существуют световоды с сердцевиной, изготовленной из твердого раствора

KCl-KBr, отражающей оболочки - из KCl, и общей оболочки из твердого раствора галогенида серебра, спектр пропускания на рисунке 5.

0.0040 О.ООЭ5 Э" 0.0030

3 4 5 В 7 S Э Ю 11 12 13 14 16 16 17 Диша болны: мил

Рисунок 5 - Спектр пропускания световода от длины волны [46].

Оптические потери в таком световоде составили 0,7 дБ/м на длине волны 10,6 мкм. Эти волокна стабильны по времени и пропускают лазерную мощность до 30 Вт в непрерывном режиме [46].

Известно использование чистых наноструктурных материалов, например, Т^ в разработке протезов, имплантатов и в травматологических аппаратах. Отмеченные особенности возможны из-за сочетания высокой биологической совместимости чистого металла, что реально возможно повысить при функционализации их нанообработкой [47,48].

Электромагнитная и электронная техника.

Магнитные характеристики наноматериалов (с основой железа в комбинации с халькогенидами) дает возможность их использовать для записывающих устройств [49].

В следующих частях диссертации будет показано, что применение нанотрубок, изменяющих поверхностные свойства материалов, - одно из перспективных направлений для улучшения оптических свойств, например, увеличения спектрального пропускания и уменьшения потерь Френеля, а также улучшения механической прочности и микротвёрдости. Это применимо в инфракрасной Фурье-спектроскопии и медицинской области, несмотря на ограничивающие свойства некоторых наноматериалов [5,50,51].

1.2. Мeтoды пoлучeния нaнoмaтeриaлoв, включaя углeрoдныe

мнструбки

Данные методы делятся на ряд групп [41,42]: порошковая металлургия; аморфизация; пластическая деформация; поверхностные технологии, комплексные методы разных технологий.

Методы порошковой металлургии (МПМ)

МПМ состоят из двух групп методов: компактирование (или принудительное уплотнение наноструктурированных материалов) и изделий из них и получение нанопорошков. Для методов получения нанопорошков характерны [41,42]: высокая скорость появления центров зарождения частиц, небольшая скорость роста частиц с максимальным размером до 100 нм. Все группы методов производства нанопорошков состоят условно из двух групп, первая - основанные на химических, а вторая - на физических процессах.

Методы, использующие аморфизацию. Аморфные металлические сплавы - это новый перспективный класс материалов [5]. Отсутствие в расположении атомов упаковки дальнего порядка - характеристика аморфного состояния сплава.

Методы, использующие интенсивную пластическую деформацию. Эти методы используются при низких температурах. При этих условиях деформирования происходит сильное измельчение микроструктуры в

сплавах и металлах до наноразмерного диапазона [42,52]. С помощью данной группы методов производятся безпористые металлические наноматериалы. Однако, необходимо отметить, что размеры зёрен материалов в этих методах обычно больше 100 нм [42].

Методы, использующие технологию обработки поверхности.

Данные методы - наиболее развивающиеся области науки о материалах. Эти методы, реально используемые на практике, связаны с созданием на поверхности, особенно металлических материалов, модифицированных слоев [53]. Есть две группы технологий, которые основаны на химических и физических процессах [54].

В лaзeрнoй групж мeтoдoв осуществляется сочетание химических и физических процессов. Наноструктурное состояние при лазерных методах достигается из-за взаимодействия лазерного излучения высокой плотности с веществом [55,56].

Улучшило технологию получения нанотрубок УНТ, к примеру, использование процесса каталитического разложения углеводородов. УНТ образуются в процессе химических превращений углерода при нагреве. УНТ применяются для пироэлектрических детекторов, солнечных батарей [26], и других фотонных устройств [57]. УНТ можно также использовать как теплопоглощающие покрытия на пироэлектрических детекторах [58,59]. На основе массива УНТ в [60] представлен новый вид неорганических солнечных элементов. Естественно, что требуется знание свойств УНТ в ИК-спектральном диапазоне.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кужаков Павел Викторович, 2018 год

Список литературы

1. Алымов, М. И. Механические свойства нанокристаллических материалов / М.И. Алымов - М.: МИФИ, 2004. - 32 с.

2. Алымов, М. И. Методы получения и физико-механические свойства объемных нанокристаллических материалов / М.И. Алымов, В.А. Зеленский - М.: МИФИ. 2005. -52 с.

3. Альперович, Л. И. Метод дисперсионных соотношений и его применение для определения оптических характеристик / Л. И. Альперович // издательство Ир ФОН, Душанбе. - 1973. - 46 с.

4. Андриевский, Р. А. Наноструктурные материалы - состояние разработок и применение / Р. А. Андриевский // Перспективные материалы, 2001, №6. - с. 5-11.

5. Андриевский, Р. А. Наноматериалы: концепция и современные проблемы / Р. А. Андриевский // Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. общества им. Д. И. Менделеева), 2002, т. XLVI, №5. - с. 50-56.

6. Защитное покрытие для гигроскопичных оптических материалов, на основе лазерно-осаждаемых углеродных нанотрубок для целей оптоэлектроники и медицинской техники / Н. В. Каманина, П. В. Кужаков, П. Я. Васильев // Патент на изобретение. - RUS 2543694 - 10.03.2015.

7. Девятых, Г.Г. Волоконные световоды с малыми оптическими потерями / Г.Г. Девятых, E. M. Дианов // "Вестник АН СССР", 1981, M 10. - с. 54.

8. Кужаков, П.В. Исследование влияния результата наноструктурирования поверхности на спектр отражения и микротвёрдость KBr и BaF2 / П.В. Кужаков, Н.В. Каманина // Учёные записки Петрозаводского государственного университета, серия Естественные и технические науки. - 2012. - №6 (127). - с. 99-100.

9. Кужаков, П.В. Наноструктурированные покрытия и рельеф для ЖК- элементов на основе углеродных нанотрубок / Н.А. Шурпо, С.В. Лихоманова, С.В. Серов, Д.Н. Тимонин, П.В. Кужаков // Вестник РГАТУ. - 2011. - №2 (20). с. 47-50.

10. Кужаков, П.В. Спектральные исследования и смачиваемость монокристаллов бромида калия, хлорида натрия, фторида магния при наноструктрурировании / П.В. Кужаков, Н.В. Каманина // Оптика и спектроскопия, - 2014, - Т.117. №4. с. 134-137.

11. Кашашпа, N.V. Шпо^гисШгеё TOnducting 1ауеге ЬаБеё оп ITO апё t^ir шоёШеё

properties / N.V. Kamanina, A. A. Kukharchik, P.V. Kuzhakov, P. Ya. Vasilyev// Proceed of the Fourteenth Israeli - Russian Bi-National Workshop 2015 "^е optimization of the composition, structure and properties of metals, oxides, composites, nano and amorphous materials", - 2015. - Pages 115-118.

12. Каманина, H3. Влияние процесса структурирования объёма и поверхности материалов, включая жидкие кристаллы, на спектральные, структурные и фоторефрактивные свойства / H3. Каманина, A.A. Кухарчик, П.В. Кужаков, ЮА. Зубцова С.В. Лихоманова, H.A. Шурпо // Вестник МГОУ. Серия: Физика - Математика.

- 2015. - № 2. - с. 75-89.

13. Каманина, H3. Модификация углеродными нанотрубками проводящего ITO-слоя для ориентированных жидких кристаллов в электрооптических устройствах преобразования оптической информации / H3. Каманина, П.В. Кужаков, A.A. Кухарчик, ЮА. Зубцова, P.O. Степанов, H3. Барышников // Жидкие кристаллы и их практическое использование, - 2015.- Т.15. №3 - с. 109-118.

14. Каманина, H3. Структурные, спектральные и фоторефрактивные свойства нано -и биоструктурированных органических материалов, включая жидкие кристаллы / H3. Каманина, ЮА. Зубцова, H.A. Шурпо, С.В. Серов, A.A. Кухарчик, П.В. Кужаков // Жидкие кристаллы и их практическое использование. - 2014. - Т. 14. № 1 - с. 5 - 12.

15. Кужаков, П.В. Влияние влажной атмосферы на спектр пропускания и угол смачивания монокристалла бромида калия при наноструктурировании/ П.В. Кужаков, H3. Каманина //, Сборник трудов II конференции молодых учёных «Будущее оптики».

- 2013. - с.57-58.

16. Кужаков, П.В. Изменение оптических свойств наноструктурированных поверхностей / H3. Каманина, П.В. Кужаков// Сборник трудов Международной конференции и семинаров. Т.1. «0птика-2011» Т.2. «Терагерцовая оптика и спектроскопия», «Оптические метаматериалы, фотонные кристаллы и наноструктуры» Т.3. Школа по метаматериалам и наноструктурам. Санкт-Петербург. Под ред. проф. В.Г. Беспалова, проф. СА. Козлова. - СПб: HИУИТMO. - 2011. - с. 625-630.

17. Кужаков, П.В. Исследование влияния процесса наноструктурирования поверхности на спектр отражения оптического материала KBr / П.В. Кужаков, H3. Каманина // Сборник трудов I конференции молодых учёных «Будущее оптики» - 2012.

- с.45-47.

18. Кужаков, П.В. Исследование влияния процесса наноструктурирования поверхности на спектры пропускания и отражения бромида калия / П.В. Кужаков // Наноматериалы и нанотехнологии. - 2012. - № 3. - с. 3-7.

19. Кужаков, П.В. Наноструктурированные материалы: перспективы практического использования / Н.А. Шурпо, С.В. Лихоманова, С.В. Серов, П.В. Кужаков, А.А. Кухарчик и др. // Вестник РГАТУ. - 2012. - № 2 (23). - с.34-37.

20. Кужаков, П.В. Наноструктурированные материалы: перспективы практического использования / Н.А. Шурпо, С.В. Лихоманова, С.В. Серов, О.В. Баринов, М.Ф. Борковский, П.В. Кужаков, Д.Н. Тимонин // Материалы Международного Молодежного форума «Будущее авиации за молодой Россией», 2012. - с. 29-35.

21. Кужаков, П.В. Наноструктурированные покрытия и рельеф для ЖК-элементов на основе углеродных нанотрубок / Н.А. Шурпо, С.В. Лихоманова, С.В. Серов, Д.Н. Тимонин, П.В. Кужаков // Материалы Международного Молодежного форума «Будущее авиации за молодой Россией» - 2011. - с. 82-86.

22. Кужаков, П.В. Наноструктурированный рельеф для гомеотропной ориентации жидкокристаллических молекул и возможности его изучения разными методами / А.А. Кухарчик, П.В. Кужаков, Н.В. Каманина // Жидкие кристаллы и их практическое использование. -2013.- Вып.3, с.45-53.

23. Kamanina, N.V. Nanostructured materials and their optical features / N. V. Kamanina, P. V. Kuzhakov, S. V. Serov, A. A. Kukharchik., A. A. Petlitsyn, O. V. Barinov, M. F. Borkovskii, N. M. Kozhevnikov, F. Kajzar// Proc. SPIE -2013. - P.8622.

24. Kamanina, N.V. Nanostructured materials based on the organic and the inorganic systems / N.V. Kamanina, P.V. Kuzhakov, P.Ya. Vasilyev, V.I. Studeonov// Fourteenth annual conference YUC0MAT-2012, Herceg Novi, Montenegro - 2012. - P.10.

25. Kamanina, N.V. Photorefractive, photoconductive, dynamic features and interfaces of the optical materials modified with nanoobjects, / N.V. Kamanina, P.V. Kuzhakov, S.V. Likhomanova, I. Rau, F. Kajzar // Nonlinear Optics Quantum Optics, Volume 45, Issue 4. -2014. - Pages 283-292.

26. Kamanina, N.V. Polyimide-fullerene nanostructured materials for nonlinear optics and solar energy applications / N.V. Kamanina, S.V. Serov, N.A. Shurpo, S.V. Likhomanova D.N. Timonin P.V. Kuzhakov и др. // Journal of Materials Science: Materials in Electronics - 2012. - №8. - P. 1538-1542.

27. Kamanina, N.V. Structural, optical and mechanical properties of nanostructured inorganic materials: Possible applications in biomedicine N.V Kamanina., A. A, Kukharchik P.V., Kuzhakov Y.A., Zubtsova C., Andraud F. Kajzar //Nonlinear Optics Quantum Optics, Volume 47, Issue 1-3. - 2015. - Pages 131-138.

28. Kamanina, N.V. Unique influence of the nanostructurization on the optical features of the material / N.V. Kamanina, P.V. Kuzhakov, C. Andraud, F. Kajzar // Proceed. of the 8th MMT-2014 conference - 2014. - P.2.38-2.42.

29. Kamanina, N.V. Nanoobject-containing structures for aerospace and laser switching systems, / N.V.Kamanina , K. Yu. Bogdanov, P. Ya. Vasilyev, V. I. Studenov, A. E. Pujsha, A. V. Shmidt, A. V. Krestinin, F. Kajzar // Nonlinear optics and quantum optics - Vol. 40. -2010. - Pages 277-285.

30. Kuzhakov, P.V. Study of the carbon nanotubes influence on the reflectance spectrum and the microhardness of KBr, BaF2 / P.V Kuzhakov, N.V. Kamanina // The Eleventh Young Researchers' Conference Materials Science and Engineering And The First European Early Stage Researchers' Conference on Hydrogen Storage, Belgrade - 2012. - Р. 75.

31. Kuzhakov, P.V. Nano-Coatings for Optical Elements of Emission and Fourier-Spectrometers / P.V.Kuzhakov, P.Y.Vasilyev, N.V. Kamanina // Industrial laboratory. Diagnostics of materials. - 2017. - 83(8). - Pages 39-42. (In Russ.)

32. Ткачук, Б.В., Колотыркин В.М. Получение тонких полимерных пленок из газовой фазы. Л.,Химия, 1977, 214 с.

33. Iijima, S. Helical Microtubules of Graphitic Carbon / S. Iijima // Nature. - 2001. - V. 354. - P. 56.

34. Mubarak, N.M. Removal of Heavy Metals from Wastewater Using Carbon Nanotubes/ // N.M.Mubarak, J.N.Sahu, E.C.Abdullah, N.S.Jayakumar// - Separation & purification review 2014.- 43, - Pages 311-338.

35. Rakov, E. G. Carbon nanotubes in new materials, RUSS CHEM REV, 2013, 82 (1), Pages 27-47 DOI: https://doi.org/10.1070/RC2013v082n01 ABEH004227.

36. Geim, A.K. The rise of graphene / A.K. Geim, K.S. Novoselov // Nat. Mater. - 2007, -6, - 183p.

37. Guo, T. Self-Assembly of Tubular Fullerenes / T. Guo, P. Nikolaev, D. Rinzler // J. Phys. Chem. - 1995. - P.358.

38. Ka^ E. A. Фуллeрeны, углeрoдныe нaнoтрубки и нaнoклaстeры: Рoдoслoвнaя

форм и идей. / E. A. Кац // Издание 2, стереот., - 2009.- 296 с.

39. Пиотровский, Л.Б. "Нанотехнология", "Нанонаука" и "Нанообъекты": что значит "НАНО"? / Л.Б. Пиотровский, E.A. Кац // Экология и жизнь. - 2010. - № 8. - с. 7-13.

40. Yoon, J. Vibration and instability of carbon nanotubes conveying fluid / J. Yoon, C.Q. Ru, A. Mioduchowski // Composites Science and Technology, - 2005. - V.65, Is.9, - Pages 1326-1336.

41. Namilae, S. Mechanical behavior of functionalized nanotubes / S. Namilae, N. Chandra, C. Shet // Chemical Physics Letters. - V. 387. - 2004. - Pages 247-252.

42. Palik, E. D. Handbook of Optical Constants of Solids / E. D. Palik. - San Diego, CA: Academic, 1985. - 1096p.

43. Кaрaбaсoв, Ю.С. Швыю мaтeриaлы /Кaрaбaсoв, Ю.С. // М.: МИСИС. - 2002.- 736 с.

44. Hsieh, C-T. Influence roughness on water- and oil- repellent surfaces coated with nanoparticles / C-T. Hsieh, J-M. Chen, R-R. Kuo // Applied Surface Science, 2005. - V.240, -Pages 318-326.

45. Shoffner, M.A. Chip PCR. I. Surface passivation of microfabricated silicon-glass chips for PCR / M.A. Shoffner, J. Cheng, J.E. Hvichia, L.J. Kricka, P. Wilding // Nucleic Acids Research, 1996. - Т.24. - c. 375-379.

46. Бутвина, А. Л. Лазерный наноструктурированный волоконный скальпель для среднего ИК-диапазона / А. Л. Бутвина, Л. Н. Бутвина, А. С. Бирюков, Е. М. Дианов // 14 Школа молодых ученых "Актуальные проблемы физики", Москва, 11-15 ноября, 2012. — с. 61-62.

47. Cappellia, E. Surface characterization of nano-structured carbon films deposited by Nd:YAG pulsed laser deposition, / Е. Cappellia, С. Scillettaa, S. Orlandob // Thin Solid Films, 2005, - V.482. Pages 305-310.

48. Skryabin, I.L. Carbon multi-walled nanotubes / I.L. Skryabin, A.V. Radchik, P. Moses, G.B. Smith // Appalled Physics Letters. - 1997. - V. 70. - Page 2221.

49. Qina, D.-H. Magnetic domain structure in small diameter magnetic nanowire arrays / D.-H. Qina, H.-L. Zhangc, C.-L. Xua // Applied Surface Science. - 2005. - V.239. - Pages 279-284.

50. Фeйнмaн, Р.Ф. Внизу пoлным-пoлнo мeстa: приглaшeниe в швый мир физики / Р.Ф. Фeйнмaн // Рoссийский химичeский журмл, 2002, T.XLVI, №5, с.4-6.

51. Яриф, A. Оптические волны в кристаллах / A. Яриф, П. Юх, Перевод с английского С. Г. Кривошлыков, Н. И. Петров; ред. И. Н. Сисакян // М.:" Мир, 1987. -616 с.

52. Анисимов С.И. Избранные задачи теории лазерной абляции / С.И. Анисимов, Б.С. Лукъянчук // Успехи физических наук. - 2002. - Т. 172. - Вып.3. - с. 301 - 333.

53. Toth, A. Nanomechanical properties of silicon-, oxygen- and nitrogen-containing a-C: H films prepared by RF plasma Ьеат CVD / A. Toth, M. Mohai, T. Ujvari, I. Bertoti // Thin Solid Films. - 2005. - V.482. - Pages 188-191.

54. Колмаков, A.r., Шмидт Н.М., Титков A.H. Изучение взаимосвязи подвижности носителей заряда в эпитаксиальных слоях GaN с мультифрактальными характеристиками поверхности этих слоев / A.r. Колмаков, Н.М. Шмидт, A.H. Титков // Известия вузов. Материалы электронной техники, - №2, 2001. - с.21-25.

55. Быковский, Ю.А. Ионная и лазерная имплантация металлических материалов / Ю.А. Быковский, В.Н. Неволин, В.Ю. Фоминский // М.: Энергоатомиздат, 1991. - 240 с.

56. Amorusoa, S. Synthesis of nickel nanoparticles and nanopartic1es magnetic films by femtosecond laser ablation in vacuum / S. Amorusoa, G. Ausaniob., C. de Lisioa// Applied Surface Science. - 2005. - V. 247. - Pages 71-75.

57. Tiginyan, I. M. Cathodoluminescence microanalysis of porous GaP and InP structures / I. M. Tiginyan // Applied Physics Letters. - 2000. - Pages 81-84.

58. Zhang, Q.-M. Structure and dynamics of solid С60 / Q.-M. Zhang, J.-Y.Yi, J. Bemhold // Phys. Rev. Lett., 1991. - V.66. - Pages 2633-2636.

59. Головин, Ю.И. Введение в нанотехнологию / Ю.И. Головин // М.: Изд-во «Машиностроение -1», 2003. - 112 с.

60. Золотухин, И.В. Новые направления физического материаловедения / И.В. Золотухин, Ю.Е. Калинин, О.В. Стогней // Воронеж: Изд-во ВГУ, 2000. - 360 с.

61. De Heer, W.A. Carbon multi-walled nanotubes / W. A. De Heer, W. S. Bacsa, A. Chatelain, T. Gerfin, R. Humphrey-Baker, L. Forro and D. Ugarte// 1995, - Science 268, Pages 845-847.

62. Azzam R.M.A., Bashara N.M. Ellipsomerty and Polarized Light/ R.M.A Azzam, N.M. Bashara // North-Holland Pub. Co.,- 1977. - Page 529.

63. Mukherjee, S. Broadband wavelength-selective reflectance and selective polarization by tip-bent vertically aligned multi-walled carbon nanotube forest / S. Mukherjee, A. Misra //

Journal of Physics D: Applied Physics, 47, 235501. - 2014. - Pages 1-8.

64. W^sik, M. Polarization-dependent optical reflection from vertically aligned multiwalled carbon nanotube arrays / M.W^sik, J. Judek, M. Zdrojek // Faculty of Physics, Warsaw University of Technology, Koszykowa 75, 00-662 Warsaw, Poland, - 2013. - Pages 550-552.

65. Bruggeman, D.A.G. Berechnung verschiedener physikalischer Konstanten von heterogenen Substanzen / D.A.G. Bruggeman // 1935, - Ann. Phys. (Leipzig) 24. - Pages 636679.

66. De Los Arcos, T. Optical characterization of alignment and effective refractive index in carbon nanotube films. / De Los Arcos T, P. Oelhafen, D. Mathys // Nanotechnology. - 2007 Jul 4; 18(26):265706. Epub 2007 Jun 5. PubMed PMID: 21730410.

67. Dujardin, E. Capillarity and wetting of carbon nanotubes / E. Dujardin, T. W. Ebbesen, H. Hiura, K. Tanigaki // Science 265, - 1994, - Pages 1850-1952.

68. Wu, X. H. A semi-analytic of aligned carbon nanotubes / X. H. Wu, L. S. Pan, X. J. Fan., D. Xu, H. Li, C. X, Zhang // Nanotechnology 14. - 2003. - Pages 1180-1186.

69. Wang, X. J. Visible and near-infrared radiative properties of vertically aligned multiwalled carbon nanotubes / X. J. Wang, J. D. Flicker, B. J. Lee., W. J. Ready, Z. M. Zhang // Nanotechnology 20. - 2009. - Pages 1-9.

70. Lehman, J. H. Carbon multi-walled nanotubes grown by HWCVD on a pyroelectric detector / J. H. Lehman, R. Deshpande, P. Rice, B. To, A. Dillon // Infrared Physics & Technology - Volume 47. - Issue 3. January 2006. - Pages 246-250.

71. Zhang, Z. M. Nano/Microscale Heat Transfer // Z. M. Zhang. - McGraw-Hill, New York. ISBN 007143674X. - 2007. - 479p.

72. Schuurmans, F. J. Carbon nanotubes / F. J Schuurmans. - Sciens 1999, V. 70 - Page 141.

73. Baker, R. T. K. Catalytic growth of carbon filaments / R. T. K. Baker // - 1989. -Carbon 27. - Pages 315-323.

74. Rouquerol, J. Recommendations for the characterization of porous solids /J. Rouquerol, D. Avnir // Риге and Appl. Chcm., № 66, - 1994, - Pages 1739-1758.

75. Ландау, Л. Д. «Электродинамика сплошных сред (Теоретическая физика, т. VIII)» / Л. Д. Ландау, E. М. Лифшиц// — Москва: Физматлит. - 2005. — 656 с.

76. Garcia-Vidal, F. J. Effective medium theory of the optical properties of aligned carbon

nanotubes / F. J. Garcia-Vidal, J. M. Pitarke, J. B. Pendry // Phys. Rev. Lett., vol. 78, no. 22.

- June, 1997. - Pages 4289 - 4292.

77. Garcia-Vidal, F. J. Optical absorption and energy-loss spectra of aligned carbon nanotubes / F. J. Garcia-Vidal, J. M. Pitarke // - Eur. Phys. J. B 22. - 2001. - Pages 257-265.

78. Palik, E. D. Handbook of Optical Constants of Solids III / E. D. Palik. - San Diego, CA: Academic, 1998. - 999 p.

79. Zhang, B.-T. Application of carbon-based nanomaterials in sample preparation: a review / B.-T. Zhang, X.Zheng, H.-F.Li, J.-M.Lin. //Anal. Chim. Acta, 784, - 2013. - Pages 1

- 17.

80. Maxwell Garnett, J. C. Colours in metal glasses and in metallic films / J. C. Maxwell Garnett. - Philos. Trans. R. Soc. London, - 1904. - Pages 385-420.

81. Огаришв, С.В. Мeхaничeскиe CBo^TBa углeрoдных нaнoтрубoк. Физиш-химичeскaя ки^тита в гaзoвoй димми^ / О.В. Стaрикoв // - М.: Химия. -1978. - 543с.

82. Lugo-Solis A., Vasiliev I. Ab initio study of K adsorption on graphene and carbon nanotubes: role of long-range ionic forces. Phys. Rev. B 2007, 76, 235431.

83. Kaмaнинa, Н.В. Пoвышeниe пoвeрхнoстнoй мeхaничeскoй прoчнoсти "мягких" мaтeриaлoв УФ и ИК диaпaзoнoв спeктрa, и увeличeниe их cne^pa прoпускaния: мoдeльнaя систeмa MgF2 - нaнoтрубки, / Н.В. Kaмaнинa, К.Ю. Бoгдaнoв, П.Я. Вaсильeв, В.И. Студeнoв // Oптичeский журмл, т.77, - №2, 2010. - с. 84-86.

84. Kaмaнинa, Н.В. Примeнeниe нaнoтeхнoлoгий в onra^: o вoзмoжнoсти увeличeнии прoзрaчнoсти и пoвeрхнoстнoй мeхaничeскoй прoчнoсти мaтeриaлoв УФ и ИК диaпaзoнoв спeктрa, / Н.В. Kaмaнинa, П.Я. Вaсильeв., В.И. Студeнoв // Oптичeский журнaл, T. 75, № 12. 2008. - с. 57-60.

85. Kaмaнинa, Н.В. Oсoбeннoсти нaнoструктурирoвaнных пoкрытий при испoльзoвaнии лaзeрнoй тeхнoлoгии и oриeнтирoвaнных углeрoдных нaнoтрубoк / Н.В. Kaмaнинa, П.Я. Вaсильeв., В.И. Отудeнoв // Письмa в ЖТФ, T. 37, вып.3 № 1. 2011. - с. 23-29.

86. Kamanina N.V., Influence of the Nanostructures on the Surface and Bulk Physical Properties of Materials / N.V. Kamanina, N.A. Shurpo, S.V. Likhomanova, S.V. Serov, P.Y. Vasilyev, V.G. Pogareva, V.I. Studenov, D.P. Uskokovic // Acta Physica Polonica A,- 2011.-Vol. 120. No. 2. - Pages 256-259.

87. Postnov, V.N. Russ. J. Synthesis of carbon nanotubes from a cobalt-containing

aerosilogel, Russian Journal of General Chemistry / V.N. Postnov, A.G. Novikov, A.I. Romanychev, I V. Murin, D.V. Postnov, N.A. Mel'nikova // 2014. - 84(5), Pages 962 - 963.

88. Aрзaмaсoвa, Б. Н. Кoнструкциoнныe мaтeриaлы / Б.Н. Aрзaмaсoвa // - М.: Мaшинoстрoeниe, 1990. - 688 с.

89. Бeрнштeйн, М.Л. Мeтaллoвeдeниe и тeрмичeскaя oбрaбoткa стали / М.Л. Бeрнштeйн, A.r. Рaхштaдт // - М.: Мeтaллургия, 1991, Т1.1. - 304 с.

90. Гeллeр, Ю.A. Мaтeриaлoвeдeниe / Ю.A. Гeллeр, A.r. Рaхштaдт // М.: Мeтaллургия, 1989. - 456 с.

91. Miller, R. D. In search of low-k dielectrics/ R. D. Miller. - Science, 286, 1999, Pages 421-423.

92. Seraphin, B. O. Optical Properties of III-V Compounds / B. O. Seraphin. - New York: Academic Press, 1967. - Pages 499-543.

93. Тaрaсeвич, Б. Н. 0снoвы ИК спeктрoскoпии с прeoбрaзoвaниeм Фурьe / Б. Н. Тaрaсeвич // Пoдгoтoвкa прибoрoв ИК спeктрoскoпии. - М.: Изд-вo МГУ, 2012. - 22 с.

94. Баженов, Т. Н. Влияние гидрирования на спектр электронных и колебательных переходов в одностенных углеродных нанотрубках / А. В. Баженов, Т. Н. Фурсова, И. О. Башкин, И. В. Кондратьева, А. В. Крестинин, Ю. М. Шульга // Известия РАН. Серия физическая. 2007 - том 71, № 2, с. 254-256.

95. Образец для инфракрасной спектроскопии и способ его приготовления / Т. Н. Фурсова, A. В. Баженов // Патент на изобретение RUS 2465566 - 27.10.2012.

96. Samavat, F. Growth of KCl1-xBrx Mixed Crystals with Different Composition Percent and Study of KBr Concentration Effect on Optical Characteristics of Mixed Crystals / E. Haji-Ali, S. Shahmaleki and S. Solgi // Advances in Materials Physics and Chemistry. - 2012. -V.2. No. 2. - Pages 85-89.

97. Looyenga, H. P. Dielectric constants of heterogeneous mixtures / H. P. Looyenga // Physica, - Volume 31. - Issue 3. - March 1965. - Pages 401-406.

98. Кацуяма, Т. Инфракрасные волоконные световоды / Т. Кацуяма, Х. Мацумура. -Москва: Мир. - 1992. - 272 с.

99. Zentgraf, T. Metallodielectric photonic crystal superlattices: Influence of periodic defects on transmission properties / T. Zentgraf // Phys. Rev. - 2006. - B 73 - 9р.

100. ЗАО "Тидекс" [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.tydexoptics.com/ru/.

101. Запороцкая, И.В. Электронное исследование углеродных нанотрубок, модифицированных атомами щелочных металлов / И.В. Запороцкая, Н.Г. Лебедев, Л.А. Чернозатонский // Физика твердого тела. - 2004. - T.46. - Выпуск 6. - с. 1137-1142.

102. Chernozatonskii L. A. Carbon films of oriented multilayered nanotubes deposited on KBr and glass by electron beam evaporation / L. A. Chernozatonskii, Z. Kosakovskaja, A. N. Kiselev, N. A. Kiselev. // Chem. Phys. Lett. 228. - 1994. - Pages 94-99.

103. Kresse, G. Efficient iterative schemes for ab initio total- energy calculations using a plane-wave basis set / G. Kresse, J. Furthmuller // Phys. Rev. B. - 1996. - V. 54. - P. 11169—11186.

104. Kresse, G. Efficiency of ab-initio total energy calculations for metals and semiconductors using a plane-wave basis set / G. Kresse, J. Furthmuller // Comput. Mater. Sci. 6 - 1996. - P. 15—50.

105. Blochl, P. E . Projector augmented-wave method / P. E. Blochl // Phys. Rev. - 1994. -V. 50, N 24. - P. 17953—17979.

106. Вoрoнкoвa, E.M. Oптичeскиe мaтeриaлы для инфрaкрaснoй тeхники / E.M. Вoрoнкoвa, Б.Н. Грeчушникoв, Г.И. Дистлeр, И.П. Пeтрoв // М.: Шуга, 1965. - 335 с.

107. Панасенко В.В. Оптические покрытия для СО2 - лазеров / В.В. Панасенко, И.О. Гайнутдинов, Н.Е. Залилова, В.А. Сапелкин, В.О. Нурумова // Тез. докл. IV Всесоюз. конф.: Оптика лазеров. Л: ГОИ, 1983. О. 275.

108. Большая энциклопедия нефти и газа. [Электронный ресурс] / Режим доступа: www.ngpedia.ru/

109. Бoрн, М. Осшвы om^RM. / М. Бoрн, Э. Вoльф // Шуга, 1973. - с. 720.

110. Zu, Po. Experimental Observation of an Extremely Dark Material Made By a Low-Density Nanotube Array / Po. Zu, Ci. Lijie, A. James Bur, Shawn-Yu Lin, M. Ajayan Pulickel // The Future Chips Constellation & Department of Physics, Applied Physics and Astronomy, and Department of Material Science and Engineering, Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, New York 12180, Nano Lett. - 2008. - 8 (2). - Pages 446-451.

111. Tian, Y. Removal of sulfamethoxazole and sulfapyridine by carbon nanotubes in fixed-bed columns, Chemosphere / Y. Tian, B. Gao, V.L. Morales, H. Chen, Y. Wang, H. Li// 90 (2013)2597-2605.

112. Гинзбург, Б.М. Влиянте дoбaвoк фуллeрeнa С60 та структуру и мeхaничeскиe свoйствa тонких плeнoк из oргaничeскoгo CTe^a / Б.М. Гинзбург, О.Х. Тaбaрoв, Ш.

Туйчтев, A.A. Шeпeлeвский // Писыш в ЖТФ. - 2007. - Т. 33. - Вып. 23. - с. 43.

113. Крoтoв, A.C Диaгнoстикa прoцeссoв сoрбции и диффузии влaги в пoлимeрных кoмпoзициoнных мaтeриaлaх: автореф. дис. к. ф.-м. наук: 01.04.01 - приборы и методы экспериментальной физики / Кротов Анатолий Сергеевич. - Барнаул, 2002. - 22 с.

114. Мaмaeвa, ИА. ^рбция вoды пoлиэфирмeлaминoвыми плeнкaми сeтчaтoгo стрoeния / И.A. Мaмaeвa, E.В. Дaвыдoвa // Высoкoмoлeкулярныe сoeдинeния. - 1985. -Т. XXVII A. - №4. - с. 844.

115. Михeльсoн, Н.Н. 0птичeскиe тeлeскoпы. Тeoрия и кoнструкция. / Н.Н. Михeльсoн // - М.: Нaукa, Гл. рeд. физ.-мaт. лит, 1976. - 512 с.

116. Прoкoфьeвa, ТА. Влияниe сoрбции низкoмoлeкулярных вeщeств та структуру сшитых пoлиэфирoв / ТА. Прoкoфьeвa, E.В. Дaвыдoвa, Н.В. Мaйoрoвa // Высoкoмoлeкулярныe сoeдинeния. - 1980. - Т. XXII A. - №1. - с. 174.

117. Сeмьинa, СА. Исслeдoвaниe структуры и свoйств oптичeских УФ-oтвeрждaeмых aкрилaтных пoлимeрoв нaпoлнeнных нaнoчaстицaми ZnO / СА. Сeмьинa // - Сбoрник тeзисoв V Всeрoссийскoй мeжвузoвскoй кoнфeрeнции мoлoдых учeных. - СПб: СПбГУ m^O. - 2008. - с.239.

118. Синельников, Б.М. Зависимость скорости роста пленок а-С:Н от температуры подложки, потенциала и давления / Синельников Б.М., Тарала В.А., Титаренко А.А., Белашов И.В.// Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2010. № 1. с. 53-58.

119. Grazhulene, S.S. Study of correlations between the physicochemical properties of carbon nanotubes and the type of catalyst used for their synthesis Journal of Analytical Chemistry /S.S. Grazhulene, A.N.Red'kin, G.F.Telegin. J // Vol. 67, No. 5. 2012. - Pages 423428.

120. Белякова, Н.В. Углеродные нанотрубки как сорбенты для разделения этиленгликоля и хлорида калия / Л.С. Нечаева, Е.В. Бутырская, В.А. Шапошник, В.Ф. Селеменев и др. // Сорбционные и хроматографические процессы. - 2016. - Т. 16. - № 4. -с.526-532.

121. Сумм, Б.Д. Гистерезис смачивания / Б.Д. Сумм // Соросовский образовательный журнал. - 1999. - №7. - с.98-102.

122. Jellison, G.E. Parameterization of the optical functions of amorphous materials in the interband region/ G.E. Jellison and F A. Modine// Appl. Phys. Lett. - 1996. V. 69 (371). - P.

371-373.

123. Lyklema, J. The Properties of the Stagnant Layer Unraveled / J. Lyklema, S. Rovillard, J. De Coninck // Langmuir. - Vol.14. - №20. - 1998. - Pages 5659-5663.

Приложения Приложение №1. Сертификат, протокол, патент

Сертификат на изделие для предприятия OOO «Люмэкс-маркетинг», 2011 год.

ООО "Базальт" 191014, Санкт-Петербург, Госпитальная ул.З

СЕРТИФИКАТ

на изделие, отправляемое предприятию ООО "Люмэкс Маркетинг"

№ п/п Наименование Обозначение Кол-во Зав. № Примечание

Защитное окно КВг 1

Нанесено полихлор-пара-ксилилеиовое покрытие по технологическому процессу ИВЛЦ 55274.00001 в соответствие с ОСТ В 107.460007-0082000 «Аппаратура радиоэлектронная. Сборочно-монтажное производство. Покрытие на основе поли-пара-ксилилена, поли-хлор-параксилилена и комбинированные покрытия». Толщина покрытия 13 мкм. Адгезия на образце-свидетеле 16 по ГОС Т 15140.

Представитель ОТК ^^^А^гФомченко Е.Г.

< 0? > sCc^dL-t 20-/^.

Протокол проверки механической прочности образцов материалов, оптимизированных углеродными наноструктурами, 2012 год

wv'íi, . >v *s

УТВЕРЖДАЙ)

OJ1 ФГУП «HilK" пм.С'.И.Валилова>

Р.Ф. KypyNoR _ 2012 г.

II POTO кол

проверки поверхностной «шн-юой прочисти обрц,цо^нтсриачов, оптимизировал «их у.исролиыми намоструюурами и рамках ЧТЗ

___<<Ра1Раб«™а н«яотс*„алг,гяи упрочпсия* отнчееки* маишкалов н

«ят^сскях покрытая, работающих г, УФ. В1Ц1„И(1Ч и ИК ¿мопа«,,,« спектр, с «»»ранеявем ях спектральных характеристик, шифр СЧ ОКР: «Нняокоа i я irr- ГОИ» Дог овор №331 /НПКЯЗ«» с, 15 тонн 2012 г.

Настои,шй лрспжо» оэстанисп в том, ч-,о в ,Моратории №5501 (начлаб кто \ пчависнчые .ксяГри^сгь,

.шверхянсгиой чехявнческон арочное™ рнда ма.ериалои, уар^^ыТуг

гггг" ~ -—

Получены следующие результаты:

_ ™лни»- культа,-ц исследований механически прочности мигериаяов

Материал | Механика* (ибраэи1^я) прочное»^ , - -- -- - -L _ _ЧИсло оборонив

|- _ _.,__—т—--

BaF> i наноопрцбогиа

_ _Мбг2 —

".пор

><НЮ

[iaiKioógaft yrica I __Jqqq- - - 1

Ш--Г^"__5М)- — - 1

_L«f7 HtmoorijwrKa__25WMtj(j<J - - -1

Вывод, применение пот*>и бесконтактной лшераой технологии v1Jp04ue„M отческих материалов УглеГОДШ,ы* ижпрубш™ лсрспекгпвно: рс'^Гы увеличение иоверхтютной механической прочпоети. "окиэиканл

1Гач_1йб. 11-5501 ФГУБ «НПК /? .

«ГОИпм.С.И.Вакнлова» ,///

уг>

I лаикый тех налог ФГ'УП «Ш1К" «ТОЙ им.С.И.Вавялоы»

И-Е.Леышик

Л. Ц. Михайлов

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

(19)

RU

11D

2 543 694(13) С2

см О

тГ

СП CD

со

ТГ

ю

СМ =)

о:

(511 МПК

GÖ25 ///Г; {2006 01) Ж2В М» (2006.01)

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

(21X22) Заявка: 2013118962/28, 23.04.2013

(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 23.04.2013

11риоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 23.04.2013

(43) Дата публикации заявки: 27.10.2014 Бюл. № 30

(45) Опубликовано: 10.03.2015 Бюл. № 7

(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1Ш 2079860 С1,20.05.1997. и8 8236375 В2,07.08.2012. Яи 94041175 А1,27.09.1996. 811 1054461 А1, 15.11.1983. 115 6837928 В1, 04.01.2005

Адрес для переписки:

199053, Санкт-Петербург, Кадетская линия, 5, корп. 2, ОАО "ГОИ им. С И. Вавилова", отд. "Фотофизика сред с нанообьектами", д. физ.-мат. н. Н.В. Каманина

(72) Автор(ы):

Каманина Наталия Владимировна (1Ш), К ужаков Павел Викторович (КII), Васильев Пётр Яковлевич (1Ш)

(73) Патентообладателей):

От крытое акционерное общест во "Государственный оптический институт им. С .И. Вавилова" (ОАО ГОИ им. СИ. Вавилова") (Яи)

(54) ЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ ГИГРОСКОПИЧНЫХ ОПТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ЛАЗЕРНО-ОСАЖДАЕМЫХ УГЛЕРОДНЫХ HAH ОТРУБОК ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ И МЕДИЦИНСКОЙ ТЕХНИКИ

(57) Реферат:

Изобрегение относится к области оптических нанотехнологий, оптического приборостроения, ракетной, космической, лазерной оптики, квантовой и оптической наноэлектроники, полезно для дисплейной, телевизионной и медицинской техники. Оптическое покрытие представляет собой тонкослойное (100 нм и менее) покрытие на основе углеродных нанотрубок с величиной неоднородносгей на уровне нанометров. Для нанесения углеродных нанотрубок на подложку используется щелевой

С02-лазер с управляемым по мощности налу чения лазерным лучом. Оптический элемент состоит из покрытия на основе углеродных нанотрубок и гигроскопичной подложки. Подложки из КВг. ЫаС!, КС1 используются для обеспечения функционировании данного оптического покрыт ия вплот ь до средней ИК-области спектра. Покрытие способно функционировать в ИК областях спектра. Техническим результатом изобретения является повышенная

влагостойкость покрытия. 3 ил.

71 С

го сл -U со О) СО -U

о

м

Приложение №2. Рaсчeт пoгрeшнoстей измeрeний.

2.1 Пoгрeшнoсти oпрeдeлeния кoэффициeнтoв увeличeния микрoтвёрдoсти, тaблицa 5, глава 3.

а) Исходная мaтричнaя структурa:

Рaссчитaeм срeднee знaчeниe:

- 1 п 1

х = -Е х =~(х + ■■■+хп)

П г=1 П

(2.1)

Рaссчитaeм квaдрaт диспeрсии:

52 =

X(х ~ х)2 п

X

п

(2.2)

гдe: х - 1-й элeмeнт вьюрки; .'.■ - чисто измeрeний; х - срeднee aрифмeтичeскoe вьюрки.

Нaхoдим случaйную пoгрeшнoсть:

X = X ,±г

сл. ср.выб.

5

(2.3)

Зaписывaeм рeзультaт случaйнoй пoгрeшнoсти сo знaчeниeм вeрoятнoсти 0,95.

Тeпeрь нaхoдим oтнoситeльную пoгрeшнoсть:

е =

4П

ср.выб.

(2.4)

б) Нaнoструктурирoвaнная мaтричнaя структурa (результаты измерений обозначим - ):

х 2

Рассчитаем среднее значение по формуле (2.1).

Рассчитаем квадрат дисперсии по формуле (2.2).

По значению доверительной вероятности у = °'95 (используем значение коэффициента Стьюдента ¿0,95=2,228, взятое из таблицы 2.1 и числу измерений п, находим случайную погрешность по формуле (2.3).

Относительная погрешность рассчитывается по формуле (2.4).

в) Прoвeрим срeднee знaчeниe и пoгрeшнoсть нaнoструктурирoвaннoй мaтричнoй систeмы ^ oтнoшeнию к чис^й мaтричнoй систeмe пo рaспрeдeлeнию Стьюдeнтa:

Пусть имеются две независимые выборки объемами П], п2 нормально распределенных случайных величин хсл.1> хсл.2.

Необходимо проверить по выборочным данным нулевую гипотезу равенства математических ожиданий этих случайных величин Н0: М]=М2.

Рассмотрим разность выборочных средних:

д = XI - Х2 (2.5)

Очевидно, если нулевая гипотеза выполнена:

ЕА = Ых -Ы2 = 0 (2.6)

Дисперсия этой разности равна исходя из независимости выборок:

V (А) = 5 + 5 (2.7)

П1 П2 У '

Тогда используя несмещенную оценку дисперсии:

п _

,2 Х* -^^) (2.8) п -1

Получаем несмещенную оценку дисперсии разности выборочных средних:

2 2 2 ^ ^

= -+— (2.9)

п1 п2

Следовательно, t-стaтистикa для проверки нулевой гипотезы равна:

IX1 - X 2 |

г = ■

22

*2 , (2.10)

п1 п2

По значению доверительной вероятности 0,95 и числу измерений п, используем значение коэффициента Стьюдента ¿0,95=2,228, взятое из таблицы 2.1.

Тaблицa 2.1 - Значения коэффициента Стьюдента

п Значения 1

0,6 0,8 0,9 0,99 0,999

2 1,376 3,078 12,706 63,675 636,61

3 1,061 1,886 4,303 9,925 31,598

4 0,978 1,638 3,182 5,841 12,941

5 0,941 1,533 2,776 4,604 8,610

6 0,920 1,476 2,571 4,032 6,859

7 0,906 1,440 2,447 3,707 5,959

8 0,896 1,415 2,365 3,499 5,405

9 0,889 1,397 2,306 3,355 5,041

10 0,883 1,383 2,262 3,250 4,781

11 0,879 1,372 2,228 3,169 4,587

По значению доверительной вероятности 0,95 значение ? должно быть приемлемо.

2.2 Пoгрeшнoсти oпрeдeлeния кoэффициeнтoв увeличeния микрoтвёрдoсти КС1, тяблиця 5.

а) Таблица 2.2 - Исходная матричная структура:

X] Х2 хз х4 х5 Хб X 7 X 8 х 9 X ]0

0,01157 0,01146 0,01124 0,01123 0,01177 0,01151 0,01099 0,01116 0,01117 0,01157

Рассчитаем среднее значение, формула (2.1)

Результаты измерений обозначим %

= 0,011367

2

Рассчитаем квадрат дисперсии, формула (2.2): д2 = 0,000000106

Запишем результат случайной погрешности со значением вероятности 0,95 таблица 2.1, формула (2.3): хсл, = (0,011367± 0,0002162).

Относительная погрешность, формула (2.4): £-1,9%.

б) Таблица 2.3 - Наноструктурированная матричная система

Х1 Х2 Хз Х4 Х5 Хб Х 7 Х 8 Х 9 Х 10

0,01215 0,01224 0,01188 0,01196 0,01187 0,01186 0,01168 0,01177 0,01187 0,01206

Результаты измерений обозначим - :

. 2

Рассчитаем среднее значение, формула (2.1): . = 0,011934

Рассчитаем квадрат дисперсии, формула (2.2): д 2 = 0,000000029

Запишем результат случайной погрешности со значением вероятности 0,95, таблица 2.1, формула (2.3): Хсл.2 = (0,011934 ± 0,00011375).

Относительная погрешность (2.4): £2 ~ 0,95%.

в) Прoвeрим срeднee знaчeниe и пoгрeшнoсть нaнoструктурирoвaннoй мaтричнoй систeмы ^ oтнoшeнию к чистoй мaтричнoй систeмe пo рaспрeдeлeнию Стьюдeнтa:

Проверим, /-статистику для подтверждения нулевой гипотезы по формуле (2.10): / = 9,92

По значению доверительной вероятности 0,95 и числу измерений п, используем значение коэффициента Стьюдента /0,95=2,262, взятое из таблицы 2.1. Итак, по значению доверительной вероятности 0,95 значение / приемлемо.

2.3 Пoгрeшнoсти oпрeдeлeния кoэффициeнтoв увeличeния микрoтвёрдoсти NaСl, тaблицa 5.

а) Таблица 2.4 - ИсХодная матричная структура

Х1 Х2 Хз Х4 Х5 Х6 Х 7 Х 8 Х 9 Х 10

0,02206 0,02204 0,0218 0,0222 0,0211 0,0216 0,023 0,0235 0,0225 0,0224

Результаты измерений обозначим . ■ :

Рассчитаем среднее значение (2.1): . = 0,02222

2

Рассчитаем квадрат дисперсии (2.2): д = 0,000000466 Запишем результат случайной погрешности со значением вероятности 0,95, таблица 2.1, формула (2.3): хт. = (0,02222 ± 0,00045) Относительная погрешность (2.4): £-2,04%.

б) Таблица 2.5 - Наноструктурированная матричная система

Х1 Х2 Х3 Х4 Х5 Х6 Х 7 Х 8 Х 9 Х 10

0,0243 0,0238 0,024 0,0239 0,0235 0,0237 0,0241 0,0237 0,0242 0,0246

Результаты измерений обозначим .2 :

Рассчитаем среднее значение, формула (2.1): х2 = 0,02398

Рассчитаем квадрат дисперсии, формула (2.2): д 2 = 0,000000102 Запишем результат случайной погрешности со значением вероятности 0,95, таблица 2.1, формула (2.3): х^.2 = (0,02398 ± 0,00021) Относительная погрешность формула (2.4): е2 ~ 0,88%.

в) Прoвeрим срeднee знaчeниe и пoгрeшнoсть «нaнoструктурирoвaннoй» мaтричнoй систeмы ^ oтнoшeнию к чистoй мaтричнoй систeмe пo рaспрeдeлeнию Стьюдeнтa:

Проверим, /-статистику для проверки нулевой гипотезы, по формуле (2.10): г = 7,36

По значению доверительной вероятности 0,95 и числу измерений п, используем значение коэффициента Стьюдента г0,95=2,262, взятое из таблицы 2.1.

Итак, по значению доверительной вероятности 0,95 значение г приемлемо.

2.4 Пoгрeшнoсти oпрeдeлeния кoэффициeнтoв увeличeния микрoтвёрдoсти КВг, тaблицa 5.

а) Таблица 2.6 - Исходная матричная структура

Х1 Х2 Хз Х4 Х5 Хб Х 7 Х 8 Х 9

0,00875 0,00869 0,0088 0,00869 0,00893 0,00882 0,00905 0,00911 0,00881

Результаты измерений обозначим %

Рассчитаем среднее значение, формула (2.1):

х = 0,00885

Рассчитаем квадрат дисперсии, формула (2.2): = 0,000000022

Запишем результат случайной погрешности со значением вероятности 0,95, таблица 2.1, формула (2.3): хл = (0,00885 ± 0,0001)

Относительная погрешность, формула (2.4): е-1,11%.

б) Таблица 2.7 - Наноструктурированная матричная система

Х1 Х2 Хз Х4 Х5 Хб х 7 х 8 х 9

0,00949 0,00943 0,00936 0,00938 0,00937 0,00951 0,0097 0,00957 0,00942

Результаты измерений обозначим х 2.

Рассчитаем среднее значение, формула (2.1):

X2 = 0,00947

Рассчитаем квадрат дисперсии, формула (2.2):

Л = 0,000000012

Запишем результат случайной погрешности со значением вероятности 0,95, таблица 2.1, формула (2.3):

хсл.2 = (0,00947 ± 0,00007)

Относительная погрешность (2.4): е2 ~ 0,076%.

в) Прoвeрим срeднee знaчeниe и пoгрeшнoсть «нaнoструктурирoвaннoй» мaтричнoй систeмы пo oтнoшeнию к чистoй мaтричнoй систeмe ^ рaспрeдeлeнию Стьюдeнтa:

Проверим, t-стaтистику для проверки нулевой гипотезы, по формуле (2.10):

г =10,08

По значению доверительной вероятности 0,95 и числу измерений п, используем значение коэффициента Стьюдента г0,95=2,306, взятое из таблицы 2.1.

Итак, по значению доверительной вероятности 0,95 значение г приемлемо.

Приложение №3. Измeрeниe углoв смaчивaния

Тeoрeтичeскaя чaсть: Равновесный краевой угол в, рисунок 3.1, вычисляют из условия механического равновесия на линии трехфазного контакта по основным размерам капель жидкости, наносимых на твердые поверхности монокристаллов:

твердое тело

Рисунок 3.1 - Схема определения краевых углов.

8 -8

_ 8ТГ 8ТЖ

СО80 —8—, (3.1)

8ЖГ

где дТг, дТЖ, бЖГ - удельные свободные поверхностные энергии на границах раздела твердое тело - газ, твердое тело - жидкость и жидкость -газ.

По методу проекции капли в определяется по радиусу площади с исследуемой поверхностью (г) и высоте (И) капли:

г2 - Ъ2

при в < 90°, СО80 = ; (3.2)

при в ^ 90° , <»80 = 1 - Ъ/г . (3.3)

Мeтoдикa прoвeдeния исслeдoвaния включaeт:

1) визуальную проверку поверхности образца перед измерением;

2) установку, исследуемого образца на регулируемый предметный столик позиция 1, рисунок 56;

3) нанесение каплей воды системой дозирования, позиция 4 рисунок 56 и для получения резкого изображения ее контуров использовался режим «зуммирование» на камере. Измерения проводились при небольшом накале осветителя, так как контрастность изображения зависит и от освещения, затем делаются снимки капель на камеру позиция 2, рисунок 56, которая соединена с микроскопом через переходник.

Установка прибора также важна для получения точных результатов, поэтому учитываются следующие моменты:

- горизонтальная установка прибора,

- использование соответствующих дополнений к предметному столику (наклонный ручной модуль или температурная ячейка),

- регулировка света,

- выбор шприца,

- подбор иглы с внутренним диаметром, отвечающим вязкости используемой жидкости,

- подбор иглы с внутренним диаметром, подходящим для исследуемой жидкости при использовании метода висящей капли,

- позиционирование иглы и образца в поле зрения камеры,

- установка зума и фокуса в соответствии с увеличением и рабочей дистанцией,

- экранирование от отражённого света или удаление источников света для достижения чёткого контура капли,

- удаление других причин возникновения прерывающегося контура капли,

- отсутствие пузырьков воздуха во всей дозирующей системе (шприц — игла).

Измeрeниe динaмичeскoгo крaeвoгo углa мeтoдoм лeжaщeй ^пли

Для формирования лежащей капли (краевой угол > 0°) на поверхности поверхностное натяжение жидкости должно быть выше, чем свободная поверхностная энергия поверхности твёрдого вещества.

Следует иметь в виду, что существуют вещества, которые практически невозможно полностью удалить с поверхности твёрдого образца (например, силиконовое масло), и малейшее загрязнение поверхности поверхностно -активным веществом существенно снизит поверхностное натяжение жидкости, особенно воды.

Метод лежащей капли является стандартным методом для определения краевого угла смачивания. Лежащая капля освещается с одной стороны источником рассеянного света, что даёт возможность увидеть её контур с противоположной стороны.

Программное обеспечение SCA 20 может определять краевой угол по четырём различным методам: «Circle (высота/ширина) fitting», вписывание капли в круг, «EШpse fitting», вписывание капли в эллипс, метод Лапласа-Янга, базируется на допущении вращательной симметрии капли, тангенциальный метод, проведение касательной к кривой в точке трёх фаз.

Статический краевой угол.

Проводится необходимая установка и подготовка оборудования в соответствии с описанием в предыдущих методах. Затем дополнительные операции этого метода.

Окно «Live Video» открывается автоматически при запуске программы SCA и на экране видно прямое изображение поля зрения камеры.

- помещаем образец на предметный столик.

Дозировка:

- приготовляется и закрепляется шприц в шприц-модуле.

- подбирается позиция дозировочной иглы с помощью двух регулировочных винтов на SD-DM таким образом, чтобы конец иглы был виден посередине и в пределах верхних 10 - 20% изображения.

- регулируется фокус оптики до достижения чёткого изображения иглы, рисунок 3.2:

Рисунок 3.2 - Позиционирование иглы

- открываем меню контроля дозировки «Dispense Units», удостоверяемся, что вы выбрали правильный «Syringe - Liquid» в «preferences».

Рисунок 3.3 - Объем дозирования жидкости

Выбирается объём дозируемой жидкости «Dosing volume» [мкл] и скорость дозировки «Dosing rate» [мкл/с], подобранные к системе «жидкость - шприц - игла», рисунок 3.3.

Рекомендуется выбирать для стандартной дозирующей системы (DS 500/GT и SNS 052/026) и часто используемых жидкостей (в данном случае вода) объём дозировки около 1 мкл «dosing volume» и скорость дозировки 5 мкл/с «(very fast) dosing rate».

При определении краевых углов для исходного и наноструктурированного KBr важно проводить снятия показаний сразу после нанесения капли на поверхность, т.к. испарение воды приводит к изменению формы капли и изменению краевого угла, Соответственно система снятия показаний включает в себя одинактовый и объём капли и время проведения замера. В этом случае вклад возможного растворения или разрушения образца в результате нанесения дозатором жидкости в каждый снятый