CC BY
35
Автоматика. Информатика. Управление. Приборы
УДК 343.982.32
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕД, СОДЕРЖАЩИХ НАНОСТРУКТУРНЫЕ КОМПОНЕНТЫ В.П. Шелохвостов1, В.Н. Чернышов2
Кафедры: «Материалы и технология» (1),
«Криминалистика и информатизация правовой деятельности» (2),
ГОУ ВПО «ТГТУ»
Представлен профессором А.А. Ревиной и членом редколлегии профессором В.И. Коноваловым
Реферат препринта № 21
Ключевые слова и фразы: квантовые ямы; кластеры; конденсированные среды; методы и средства контроля; метрологический анализ; наноразмерные объекты; резонансные взаимодействия; структурные состояния; устойчивые энергетические уровни; экситоны; энергетические потоки.
Аннотация: Рассмотрены методы и средства контроля состояния конденсированных сред с наноструктурными компонентами, дана их классификация, показаны особенности контроля параметров сред, содержащих наноструктурные объекты.
Созданы физико-математические модели, описывающие структурные состояния, энергетические потоки и резонансные взаимодействия в конденсированных средах. Разработан комплекс оригинальных методик проведения экспериментов по исследованию параметров конденсированных сред с наноструктурными компонентами. Предложены метод оптического резонансного определения примесей сверхмалых концентраций в чистых средах, резонансный кондуктометри-ческий метод обнаружения и идентификации углеродных нанообъектов, метод идентификации нанообъектов на основе электронно-оптического муара. Приведены экспериментальные результаты, подтверждающие адекватность используемых моделей и работоспособность предложенных методов и средств контроля состояния конденсированных сред, содержащих нанообъекты.
Впервые выполнен метрологический анализ разработанных методов и средств контроля параметров конденсированных сред, основанный на использовании естественных эталонов, описываемых через фундаментальные физические характеристики с привязкой к Первичным эталонам. Предложено метрологическое обеспечение совокупных измерений, используемых при идентификации (характеризации) нанообъектов в конденсированных средах.
В настоящее время мир вступил в новую стадию своего развития, характеризующуюся освоением в науке и промышленном производстве направлений, названных критическими технологиями. Одно из этих направлений - нанотехноло-
гия - представляет собой спектр технологий нового уровня, в реализации которых участвуют наноструктурные компоненты. В первую очередь, это процессы получения наноразмерных объектов, используемые в дальнейшем в качестве компонентов различных материалов и сред и придающие им новые особенные характеристики. К одной из основных особенностей можно отнести нелинейный характер изменения свойств, определяемый множественностью структурных состояний в наноразмерных системах на стадии их создания, многообразием и нелинейностью внутрисистемных энергетических обменов с участием резонансных взаимодействий.
В этой связи возникают новые задачи для измерительной техники по замене тонких прецизионных методов исследования, используемых на стадиях разработки, более простыми оперативными бесконтактными методами и средствами контроля параметров реальных технологических процессов.
Создание таких методов диктует необходимость развития области квантовых измерений, которые будут кардинально отличаться от существующих сейчас методов измерения интегральных параметров и характеристик. Во вновь создаваемых методах необходимой и важной частью измерительного процесса должны быть процедуры, связанные с физическими явлениями, относящимися к контролируемым параметрам технологического процесса. При этом измерительные системы, реализующие такие методы, должны оказывать минимальное влияние на технологический процесс и обладать новым качеством, которое присуще только квантовым средствам контроля и технической диагностики.
В работе рассмотрены методы и средства контроля состояния конденсированных сред с наноструктурными компонентами, дана их классификация, показаны особенности контроля параметров сред, содержащих наноструктурные объекты.
Предложен единый экспериментальный, теоретический и аналитический подход к описанию физико-химических явлений в технологических средах и процессах с участием нанообъектов, к созданию моделей, методов и средств контроля параметров процессов и характеристик материалов на основе учета структурных состояний (С), внутренних энергетических потоков (П), внутрисистемных и меж-системных резонансных (Р) взаимодействий (далее используется аббревиатура СПР).
Анализ результатов экспериментальных оптических исследований и созданные с использованием СПР модели позволили создать высокочувствительный метод обнаружения и идентификации химических и биологических объектов в растворах высокого разбавления по структурным изменениям среды.
Предложен ион-селективный сенсор и созданы устройства обнаружения и определения концентрации тяжелых металлов в сточных водах с автоматизированной обработкой результатов и коррекцией температуры.
Приведены результаты кондуктометрических исследований жидких сред с различной концентрацией нанообъектов. Созданы модель и резонансный метод обнаружения нанообъектов и определения их концентрации.
Разработан метод исследований, идентификации нанообъектов, оценки качества тест-объектов на основе электронно-оптического муара.
Экспериментальные исследования СПР конденсированных сред с нанообъектами оптическими (спектроскопия), кондуктометрическими, электронно-оптическими (электронная микроскопия, электронно-оптический муар) показали адекватность созданных моделей, перспективность принятого подхода на примерах разработки новых методов и средств контроля параметров техпроцессов, обнаружения и идентификации (диагностики) нанообъектов в различных материалах, технологических средах и окружающей среде.
Methods and Means of Control over the Parameters of Condensed Media Containing Nano-Structural Components
V.P. Shelokhvostov, V.N. Chernyshov
Departments: «Materials and Technology» (1),
«Criminal Law and Computerization of Legal Activity» (2), TTTU
Represented by Professor A.A. Revina and Member of Editorial Board Professor V.I. Konovalov
Key words and phrases: condensed media; clusters; energy streams; excitons; methods and means of control; metrological analysis; nano-sized objects; quantum pits; resonant interactions; stable energy levels; structural states.
Abstract: Methods and means of control over the state of condensed media containing nano-structural components are considered; their classification is given; peculiarities of control over the parameters of media, containing nano-structural objects are shown.
Physical and mathematical models, describing structural states, energy streams and resonant interactions in condensed media are created. The complex of original methods of carrying out research into parameters of condensed media, containing nano-structural components is developed. The method of optical resonant determination of additives of super-small concentrations in pure media as well as resonant conductimetric method of detection and identification of carbon nano-objects and the method of identification nano-objects on the basis of electronic optical moire are proposed. Experimental results verifying the adequacy of these models and operating capacity of the proposed methods and means of control over the state of condensed media containing nano-objects are given.
Metrological analysis of the developed methods and means of control over the condensed media is carried out for the first time; it is based on the use of natural standards described through fundamental physical characteristics with regard for primary standards. Metrological support of cumulative measurements used in the identification (characterization) of nano-objects in condensed media is proposed.
Methoden und Mittel der Kontrolle der Parameter der die nanostrukturellen Komponente enthaltenen kondensierten Umgebungen
Zusammenfassung: Es sind die Methoden und die Mittel der Kontrolle des Zustandes der kondensierten Umgebungen mit den nanostrukturellen Komponenten untersucht, es ist ihre Klassifikation gegeben, es sind die Besonderheiten der Kontrolle der Parameter der die nanostrukturellen Komponente erhaltenen Medien aufgezeigt.
Es sind die physikalisch-matematischen Modelle, die die strukturellen Zustande, die energetischen Strome und die Resonanzwechselwirkungen in den kondensierten Medien beschreiben, geschaffen. Es ist den Komplex der originellen Methodiken der Durchfuhrung der Experimente nach der Forschung der Parameter der kondensierten Medien mit den nanostrukturellen Komponenten entwickelt. Es sind die Methode der optischen Resonanzbestimmung der Beimischungen der superkleinen Konzentrationen in den reinen Medien, die resonanzkonduktometrische Methode des Entdeckens und der
Identifizierung von den Kohlenstoffnanoobjekten, die Methode der Identifizierung der Nanoobjekten aufgrund des elektronenoptischen Moires angeboten. Es sind die experimentalen Ergebnisse, die die Angemessenheit der verwendeten Modelle und die Arbeitsfahigkeit der angebotenen Methoden und der Mittel der Kontrolle des Zustandes der die Nanoobjekten enthaltenen kondensierten Medien bestatigen, angefuhrt.
Es ist die metrologische Analyse der entwickelten Methoden und der Mittel der Kontrolle der Parameter der kondensierten Medien zum ersten Mal erfullt. Diese Analyse grundet sich auf der Nutzung der naturlichen Etalons, die durch die fundamen-talen physischen Charakteristiken mit der Anpassung den primaren Etalons beschrieben sind. Es ist die metrologische Versorgung der vereinten Messungen, die bei der Identifizierung (Charakterisierung) der Nanoobjekten in den kondensierten Medien verwendet sind, vorgeschlagen.
Methode et moyens du controle des parametres des milieux condenses contenant des composants de nanostructure
Resume: Sont examinees les methodes et les moyens du controle de l’etat des milieux condenses contenant des composants de nanostructure; est donnee leur classification; sont montrees les particularites des milieux des parametres des milieux condenses contenant des objets de nanostructure.
Sont construits des modeles qui decrivent les etats de structure, les courants energetiques et les interactions dans les milieux condenses. Est elabore un comlexe des methodes originales des experiments sur l’etude des parametres des milieux condenses contenant des composants de nanostructure. Sont proposees: une methode de la definition optique a resonance pour les additions des consentrations ultra-petites dans les milieux purs, une methode conductometrique a resonance pour la detection et l’identification des nanoobjets carbones, une methode de l’identification des nanoobjets a la base de la moire electronique et optique. Sont mentionnes les resultats experimentaux confirmant une adequation des modeles utilises et des moyens du controle de l’etat des milieux condenses contenant des composants de nanostructure.
Pour la premiere fois est executee une analyse des methodes elaborees et des moyens du controle des parametres des milieux condenses fondee sur l’emploi des etalons naturels decrits a partir des caracteristiques physiques fondamentales avec un raccordement pour les etalons primaires. Est proposee un approvisionnement metropolique des mesures communes employees lors de l’identification (caracterisation) des nanoobjets dans les milieux condenses.
