Спосіб підготовки зразків для дослідження з упорядкованим розтушуванням наночастинок

Реферат: UA 95969 U UA 95969 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до практичних методів при дослідженні структури та складу мікрочастинок методами просвітчастої електронної мікроскопії і може бути використана при проведенні аналізів в промисловій електронній мікроскопії, мікрорентгеноспектрального і лазерного спектрального аналізів. Відомий спосіб підготовки зразків (Королев А.А. Способ подготовки образцов для исследования. Патент Росії №2026546 від 09.01.1995), при якому досліджувані частинки закріплюють у поверхневому шарі матриці, яку попередньо вигинають, на її вигнутій поверхні виконують поглиблення, в них поміщають досліджувані частинки і потім розгинають матрицю у вихідне положення, закріплюючи частинки в поглибленнях. Недоліками способу є те, що для частинок менш ніж десятки манометрів поглиблення виконати вкрай складно, а для частинок різного розміру необхідні також відповідні по розмірах і кількості поглиблення, інакше таке закріплення призведе до некоректного визначення розподілу за розмірами, до відсутності можливості досліджувати деяку частину часток. Відомий спосіб підготовки зразків для дослідження (Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ. /Под ред. Петрова В. И. М: 1984, т. 2, с. 175), при якому досліджувані частинки закріплюють у поверхневому шарі матриці. У цьому відомому способі частинки змішують з компаундом з епоксидного клею і металевого порошку і закріплюють частинки на матриці. Після затвердіння суміші здійснюють шліфування і полірування препарату разом з матрицею. Недоліками є те, що змочування частинок клеєм вимагає подальшої шліфовки і поліровки препарату, а це виключає можливість дослідження вихідної поверхні частинок, ускладнює попередній візуальний відбір об'єктів для дослідження, в епоксидному клею (це взагалі стосується і фотополімерів) важко розривати агломерати наночастинок, а довгий час твердіння дає можливість повторної агломерації, також недоліком є накопичення заряду частинками у полімері. Відомий спосіб підготовки зразків для дослідження (Воробьёв А.Б., Гутаковский А.К., Принц В.Я., Селезнёв В.А. Формирование однослойного массива наночастиц для просвечивающего електронного микроскопа. Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. 6, с. 116-118), при якому у кристалі GaAs утворюють тріщину, на яку капають суспензію наночастинок в полімерному розчині, при цьому капілярні сили затягують розчин з наночастинками в глиб тріщини, а оскільки ширина тріщини мала, то наночастинки затягуються в одному шарі. Після висихання розчину зразок розламують по тріщині, знімають плівку полімеру з вкрапленнями наночастинками і поміщають її на сіточку для зразків мікроскопа. Недоліком є те, що для одного розміру тріщини є частинки, які більше за розміром, і є частки, які значно менше за розміром, в першому випадку частинки будуть відсутні в зразку, а в другому випадку частинки можуть утворювати агломерати вже всередині тріщини. Як прототип вибраний спосіб отримання зразків (Д. Синдо, Т. Сикава. Аналитическая просвечивающая микроскопия. Москва: Техносфера, 2006. - 256 с. 5-94836-4), який полягає в тому, що наночастинки диспергують за допомогою ультразвуку у розчиннику (бутілалкоголь, ацетон та інш.), після чого отриману суспензію капають на сіточку для зразків, яка розташована на фільтрувальному папері. Після висихання тонкого шару розчинника сіточка готова до дослідження. Недоліком способу є тривалий час нанесення суспензії і її висихання, за який наночастинки у шарі розчинника утворюють агломерати. Задачею, на рішення якої спрямована пропонована корисна модель, є підготовки зразків з упорядкованим розтушуванням наночастинок, з мінімальною агломерацією їх між собою. Поставлена задача вирішується способом нанесення суспензії наночастинок на сіточку для зразків з видаленням рідини, який відрізняється тим, що суспензію наночастинок після диспергування наносять з ультразвукового вібратора розпиленням краплі суспензії на сіточку для зразків, яка розташована на охолоджуваній поверхні з такою температурою, яка сприяє мінімальному часу проходження фазового переходу рідина - тверде тіло, після чого у закритому об'ємі сублімацією видаляють застиглий розчинник з сіточки, на якій лишаються неагломеровані наночастинки. На фіг. 1 відображена схема здійснення способу. Здійснюється спосіб наступним чином. Після диспергування наночастинок в розчинники 1 ультразвуковий вібратор 2 вилучають з суспензії з краплею 3 на його кінці, при цьому, перед вилученням, потужність ультразвуку зменшують так, щоб крапля суспензії утримувалася, але інтенсивно не диспергувалась у довколишнє середовище. Після цього ультразвуковий випромінювач підносять до сіточки 4 для зразків, яка розташована на охолоджуваній поверхні 6 і збільшують потужність ультразвуку так, щоб суспензія напилювалась на сіточку 4. Далі, після нанесення шару суспензії 5 необхідної товщини, сіточку закривають ємністю 7. Усередині ємності розташовують ще одну охолоджувану поверхню 8, на яку переконденсовується 1 UA 95969 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 розчинник 9 з сіточки 4, і яка для цього повинна мати більш низку температуру, ніж температура сіточки 4. Після переконденсації сіточка зразків 4 з залишеними на ній наночастинками готова до дослідження на електронному мікроскопі (стрілки позначають послідовність дії). Таким чином досягають мінімізації часу знаходження частинок у рідкому розчинники без ультразвукової диспергації, коли йде агломерація. Цей час складається з часу між відділенням частини суспензії від краплі на ультразвуковому вібраторі (в краплі на вібраторі продовжується диспергація) до торкання частини, що відділилася, до поверхні сіточки t1 і часу t2, який визначається часом охолодження та заморожування цієї частини. Час переміщення частини краплі t1 можливо оцінити як U = L/, де: L - відстань від поверхні краплі на кінці вібратора до поверхні сіточки;  - швидкість руху частинок 10, що розпиляються. Оскільки  ~ 1 м/с (О.К. Экнадиосянс О распыление жидкости -3 низкочастотными ультразвуковыми колебаниями. - Акуст. ж., 12, вып. 1,127,1970), L ~ 10 м, то -3 t1 ~ 10 с. Час t2 оцінюється як t2 = cpd/h, де: ср - ізобарна теплоємність суспензії, для води ср - 4,2 КДж/(кгК);  - щільність суспензії, щільність суспензії на основі води  = 10 кг/м; d - розмір частини краплі, для води і частоти -5 ультразвуку 17 КГц d ~ 10 м; h - коефіцієнт теплообміну через площу розділу частини краплі з 5 2 поверхнею сіточки, h ~ 10 Вт/(м К) (Аморфные металлические сплавы/ Немошкаленко В.В., -3 Романова А.В., Ильинский А.Г. и др. - Киев: Наук, думка, 1987. - 248 с). Тоді t2 ~ 10 с. Час агломерації частинок t3 у суспензії можливо оцінити як 0,44 t3 = n /0,44k0N. (1) . де: n - середня кількість частинок у агломераті; k 0 - константа швидкості, для води k 0 = 3,2 10 18 3 м /с; N - об'ємна щільність частинок у суспензії, величина N, зручна для використання, біля 18 -3 10 м (Смирнов Б.М. Физика фрактальных кластеров. - М.: Наука, 1991. 136 с). Час утворення агломерату з 10 частинок у воді відповідно (1) складе біля 1 с. Таким чином, за час t1+t2, виникають агломерати зі значно меншим числом частинок, ніж тим, що відповідає традиційній підготовці зразка (десятки секунд - це взяття краплі з ємності з суспензією, піднос до сіточки, потім довге сушіння). Корисна модель дозволяє отримувати зразки наночастинок для дослідження на електронному мікроскопі з упорядкованим розташуванням наночастинок по площі поверхні сіточки зразків. Можливість здійснення корисної моделі, що заявляється, показана наступним прикладом. Приклад. Необхідно було підготовити зразок порошок оксиду заліза для дослідження на просвітлюючому електронному мікроскопі. Для цього була зібрана установка, фотографія якої наведена на фіг. 2. Суспензія (як розчинник використовувалась вода) готувалася в ємності 1 за допомогою ультразвукового випромінювача 2 з фериту (частота випромінювання 17 КГц), підключеного до генератора 3 і блока живлення 4. Крапля суспензії наносилася на сіточку 5, розташовану на термоелектричному холодильнику 6, що живився від блока живлення 4. Сіточка 5 була закріплена за допомогою плівки 7 на виступі 8 мідного циліндра 9, який охолоджувався до температури -30 С. Виступ 8 мав нагрівач 10, який являє собою намотаний на 8 ніхромовий дріт. Після нанесення суспензії на сіточку 5 мідний циліндр 9 накривався ковпачком 11. Після цього включався нагрівач 10, який нагрівав сіточку до температури близько -5 С, що забезпечувало переконденсацію. Для активізації переконденсації в ковпачку 11 був вбудований вентилятор 12. Суспензія наносилася капанням на сіточку, що не дало можливості максимально мінімізувати час коагуляції, але навіть цей час дав можливість покращити результати підготовки зразка. На фіг. 3 наведені фотографії при збільшенні X 35000 одного і того ж порошку оксиду заліза, нанесеного на сіточку традиційним, фотографія 1, і приведеним, фотографія 2, способами. Як видно з фотографій, підготовка зразка за пропонованим способом зменшує агломерацію. Таким чином, показано, що пропонована корисна модель дозволяє отримувати більш якісні зразки нанопорошків, в аспекті прояви агломерації, для дослідження на просвітлюючому електронному мікроскопі. 55 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 Спосіб підготовки зразків для дослідження з упорядкованим розтушуванням наночастинок, який полягає в нанесенні суспензії наночастинок на сіточку для зразків з видаленням рідини, який відрізняється тим, що суспензію наночастинок після диспергування наносять з 2 UA 95969 U ультразвукового вібратора розпиленням краплі суспензії на сіточку для зразків, яка розташована на охолоджуваній поверхні з такою температурою, яка сприяє мінімальному часу проходження фазового переходу рідина - тверде тіло, після чого у закритому об'ємі сублімацією видаляють застиглий розчинник з сіточки, на якій лишаються неагломеровані наночастинки. 3 UA 95969 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4