22 Сен

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЁМА ЧАСТИЦ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ АСМ СКАНИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

В ходе работ по разработке импульсной технологии нанесения ультрадисперсных частиц [1, с. 37] мы столкнулись с проблемой определения объёма нанесённых частиц и их распределения по размерам. Предварительный анализ АСМ изображений поверхности с частицами показал, что подобный анализ сложнейшая операция, неподдающиеся полной автоматизации. К тому же на конечный результат этого анализа оказывает большое влияние человеческий фактор. Дополнительную сложность создает также наличие артефактов, возникающих при сканировании [2, с. 111]. Для того чтобы уменьшить влияние этих факторов и сделать полученные результаты более объективными была разработана методика и специальное программное обеспечение.

Обработка статистических данных

При проведении АСМ исследований мы использовали СЗМ «Certus» и программное обеспечение Gwyddion. Подробное описание методики сканирования приведено в работе.

При исследованиях мы использовали полуконтактный режим работы, т.к. некоторые из нанесённых частиц не обладали хорошей адгезией к поверхности. В результате использование контактного режима оказалось практически не возможным.

Одним из наиболее важных и трудно определимых параметров при обработке изображений является объем нанесенных ультрадисперсных частиц. Для оценки объёма нанесённых частиц мы использовали методику, основанную на одномерном анализе параметров шероховатости в программе Gwyddion.

Стандартизованные одномерные параметры шероховатости могут быть рассчитаны с помощью инструмента измерения шероховатости, в рамках которого одномерная текстура исследуемой поверхности разбивается на волнистость (низкочастотные компоненты. определяющие общую форму) и шероховатость (высокочастотные компоненты) на частоте среза. Частота измеряется в долях от частоты Найквиста, то есть, значение 1.0 соответствует самой частоте Найквиста. Изменяя порог шероховатости, его можно задать его на уровне чистого стекла, таким образом, волнистость будет показывать только нанесенные частицы.

bezymyannyj

Рисунок 1. Одномерный анализ в Gwyddion.

Для расчета объёма частиц используются параметры «Средняя волнистость» (wa) и «Средняя длинна профиля» (lp). Средней волнистостью является средняя амплитуда графика волнистости, а средняя длинна профиля это расстояние между соседними максимумами (Рисунок 1) т.е. расстояние между частицами.

Для того что бы определить объём на необходимо проинтегрировать синусоидальное распределение по двум пространственным координатам по X и Y. При этом средняя длина волны профиля — это средний период косинуса, а волнистость — это его амплитуда. В результате получается двойной интеграл: (1)

  bezymyannyj1                          (1)

, где: — Rs – разрешение сканирования, V – объем получаемых частиц.

Значение интеграла нужно умножить на квадрат разрешения сканирования, деленный на среднюю длину. Только тогда мы получим объём нанесенных частиц. Адекватность этого метода была проверена на решетке с заранее известными параметрами. Сравнение результатов, полученных с использованием предложенной методики и известным объёмом частиц на решётке показал, что наша методика занижает объём на 35-40%.

Список литературы:

  1. В.Д. Гончаров, Д.С. Самсонов. Получение ультрадисперсных частиц с одновременным нанесением их на подложку в импульсном газовом разряде атмосферного давления, перемещающемся по поверхности электродов в собственном магнитном поле. Журнал технической физики, 2015, том 85, вып. 5. – с. 158
  2. И.Е.Грачёва, К.Г.Гареев, В.А, Мошников, В.И, Альмяшев. Исследование нанокомпозиционных материалов с иерархической структурой на основе системы Y-Fe-Si-O. Наносистемы: Физика, Химия, Математика, 2012, 3 (5), С 111-114. УДК 621.315.592. – с. 143
    ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЁМА ЧАСТИЦ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ АСМ СКАНИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ
    В статье рассмотрен метод обработки результатов АСМ сканирования поверхности, позволяющий объективно оценить объём ультрадисперсных частиц, нанесённых на исследуемую поверхность.
    Written by: Гончаров Вадим Дмитриевич, Яшкардин Ростислав Владимирович, Герасимов Михаил Александрович
    Published by: Басаранович Екатерина
    Date Published: 12/07/2016
    Edition: euroasia-science_30_22.09.2016
    Available in: Ebook