Способ определения термодинамической активности компонентов на границе раздела сферической наночастицы и матрицы в бинарной системе

Авторы патента:

Шебзухов Азмет-Гери Аюбович (RU)

Шебзухова Мадина Азметовна (RU)

G01N2013/0225 - Исследование или анализ материалов путем определения их химических или физических свойств (разделение материалов вообще B01D,B01J,B03,B07; аппараты, полностью охватываемые каким-либо подклассом, см. в соответствующем подклассе, например B01L; измерение или испытание с помощью ферментов или микроорганизмов C12M,C12Q; исследование грунта основания на стройплощадке E02D 1/00;мониторинговые или диагностические устройства для оборудования для обработки выхлопных газов F01N 11/00; определение изменений влажности при компенсационных измерениях других переменных величин или для коррекции показаний приборов при изменении влажности, см. G01D или соответствующий подкласс, относящийся к измеряемой величине; испытание

G01N13/02 - исследование поверхностного натяжения жидкостей

B82B1/00 - Наноструктуры

Владельцы патента RU 2656107:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) (RU)

Изобретение относится к области физико-химического анализа материалов, более конкретно к определению термодинамической активности (в дальнейшем активности) компонентов в поверхностном слое наночастицы, находящейся в матрице в бинарной системе в равновесных условиях. Согласно заявленному способу подвергают термическому отжигу двухкомпонентный сплав, содержащий дисперсные частицы сферической формы в нанометровом диапазоне в дисперсионной среде (матрице). Определяют состав наночастицы и матрицы, а также средний радиус наночастицы и по формуле:

где , , - термодинамическая активность i-го компонента в поверхностном слое, наночастице и матрице соответственно, σ - поверхностное натяжение наночастицы в матрице, σ_0i - поверхностное натяжение наночастицы в собственной матрице i-го компонента, , ω_0i, δ_0i - молярная поверхность и параметр Толмена на границе фаз α и β чистого i-го компонента, r - радиус наночастицы (радиус поверхности натяжения), T - температура, R - газовая постоянная, , - молярный объем i-го компонента в фазе ν (ν=α, β, σ), находят искомую величину. Технический результат – повышение точности и информативности получаемых данных. 1 табл.

Известны способы экспериментального определения активности компонентов в бинарных и многокомпонентных системах, среди которых методы измерения электродвижущих сил, измерения давления насыщенного пара, атомно-абсорбционной спектроскопии, с помощью изучения гетерогенных равновесий и другие [1]. Однако эти способы пригодны для определения активности компонентов в объемных фазах и не позволяют находить аналогичные величины в тонких поверхностных слоях (с толщиной от нескольких единиц до нескольких десятков нанометров).

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения активности компонентов в поверхностном слое в макроскопических образцах, основанный на измерении поверхностного натяжения раствора [2].

Однако этот способ не позволяет определить активности компонентов в поверхностном слое наночастиц, находящихся в матрице.

Задачей изобретения является расширение области применения способа путем обеспечения возможности определения активности компонентов в поверхностном слое между наночастицей сферической формы и матрицей в бинарной системе, находящейся в равновесных условиях в твердом (изотропном) состоянии.

Поставленная задача достигается тем, что одним из известных методов экспериментально определяют состав наночастицы и матрицы, а также средний радиус наночастицы сферической формы и активность i-го компонента в межфазном слое рассчитывается по формуле:

где , , - термодинамическая активность i-го компонента в поверхностном слое, наночастице и матрице соответственно, σ - поверхностное натяжение наночастицы в матрице, σ_0i - значение σ при ( - концентрация i-го компонента фазе ν (ν=α, β, σ)), , ω_0i, δ_0i - молярная поверхность и параметр Толмена на границе фаз α и β чистого i-го компонента, , , - молярный объем и молярная концентрация i-го компонента в фазе ν, T - температура (в Кельвинах), R - универсальная газовая постоянная.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Одним из известных методов определяют концентрацию одного из компонентов в наночастице и матрицы , а также средний радиус наночастицы r. Такими методами, в частности, могут являться метод томографического атомного зондирования, метод трансмиссионной электронной микроскопии [3] и некоторые другие.

Значения и , необходимые для расчета по формуле (1), находятся с учетом термодинамических характеристик растворов, в частности, в локально-координационном приближении [4], в зависимости от состава и , температуры T и размера наночастицы r. При этом размерная зависимость параметра квазихимического взаимодействия в фазах α и β учитывается по известной зависимости координационного числа от размера [5]. Поверхностное натяжение на границе наночастицы и матрицы в бинарной системе σ, входящее в формулу (1), рассчитывается в соответствии с [6]. Значения поверхностного натяжения наночастицы в матрице для чистого i-го компонента σ_0i в зависимости от радиуса кривизны r и температуры T находятся в соответствии с [7], а параметр Толмена в соответствии с [8].

Задача упрощается для случая, когда фазы α и β можно считать идеальными растворами .

Пример. В качестве образца выбирается сплав, склонный к распаду с выделением дисперсных частиц. К таким сплавам относятся, например, сплавы Fe и Cr, для которых и рассмотрим конкретное выполнение предлагаемого способа. После стандартных процедур (гомогенизация, закалка, высокотемпературный отпуск), выполняемых по известной технологии, имеет место распад пересыщенного твердого раствора с выделением дисперсных частиц [9]. По одной из известных методик (например, томографического атомного зондирования [10]) изучаются изменения микроструктуры сплава при выбранной температуре. Определяются зависимость концентрации хрома , среднего радиуса выделения (преципитата) r, а также состав матрицы от времени отжига. При достижении термодинамически равновесного состояния эти величины перестают зависеть от времени. Полученные таким образом значения [10] для сплава Fe-Cr приведены в таблице.

Значения и , входящие в (1), вычисляются с использованием , , а также средних энергий парного взаимодействия ε_Fe-Fe=-1,072 эВ, ε_Cr-Cr=-1,025 эВ, ε_Fe-Cr=-0,998 эВ, приведенные в [3].

Активности компонентов в межфазном слое и , атомные концентрации хрома в сосуществующих фазах , при температуре T=773 K и размеры наночастиц (преципитатов) в матрице r в системе Fe-Cr.

Предлагаемый способ определения активности компонентов в поверхностном слое наночастицы сферической формы, находящейся в матрице в равновесных условиях в бинарной системе, пригоден для всех температурных и концентрационных областей фазового равновесия двухкомпонентных твердых растворов, а также любых размеров наночастиц; применим для различных типов неассоциированных твердых тел (металлических, полупроводниковых, диэлектрических); позволяет выявить влияние наноразмерных эффектов на активность компонентов в поверхностном слое между двумя бинарными растворами, находящимися в конденсированном состоянии в равновесных условиях; является неразрушающим способом.

Литература

1. Морачевский А.Г. Термодинамика расплавленных металлических и солевых систем. Москва, Металлургия, 1987, 240 с.

2. Русанов А.И. Фазовые равновесия и поверхностные явления. Химия, 1967, 388 с. (прототип).

3. Львов П.Е., Светухин В.В., Обухов. Термодинамика фазового равновесия бинарных сплавов, содержащих наноразмерные преципитаты. Физика твердого тела, 2011, том 53, вып. 2, с. 394-399.

4. Кауфман Л., Бернстейн X. Расчет диаграмм состояния с помощью ЭВМ. Москва, Мир, 1972, 326 с.

5. Frenkel A.I., Yevick A., Cooper Ch. And Vasic R. Annu Rev. Anal. Chem (2011)4; 23-29.

6. Шебзухова M.A., Шебзухов A.A. Патент РФ №2585514 от 06.05.2016 г. Способ определения поверхностного натяжения двухкомпонентной наночастицы, находящейся в матрице.

7. Шебзухов З.А., Шебзухова М.А., Шебзухов А.А. Поверхность, синхротронные и нейтронные исследования, 2009, №11, с. 102.

8. Шебзухова М.А., Шебзухов А.А. ФТТ, 54, 1, 173 (2012).

9. Григорович В.К. Жаропрочность и диаграммы состояния. М., Металлургия, 1969, 324 с.

10. Novy S., Pareige P., Pareige С.J. Nucl. Mater, т. 384, 96, 2009.

Способ определения термодинамической активности компонентов на границе раздела сферической наночастицы и матрицы в бинарной системе, отличающийся тем, что с целью расширения области применения способа путем обеспечения возможности определения термодинамической активности компонентов в поверхностном слое наночастицы сферической формы, находящейся в матрице, в зависимости от размера наночастицы, состава матрицы и наночастицы, а также температуры, подвергают термическому отжигу двухкомпонентный сплав, содержащий дисперсные частицы сферической формы в нанометровом диапазоне в дисперсионной среде (матрице), определяют состав наночастицы и матрицы, а также средний радиус наночастицы и по формуле:

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано в химико-токсикологических и контрольно-аналитических лабораториях для разделения, идентификации и анализа лекарственных средств.

Способ определения показаний для открытой биопсии яичка у больных азооспермией // 2655776

Изобретение относится к области медицины и представляет собой способ определения показаний для открытой биопсии яичка у больных необструктивной азооспермией, включающий определение ряда биомаркеров, отличающийся тем, что рассчитывают значение дискриминантной функции по формулеf=age×0,003+lh×0,119-fsh×0,020+tf×0,002+shbg×0,058+prl×0,004-3,479,где f - значение дискриминантной фукции; age - возраст (лет); lh - уровень ЛГ в плазме крови (МЕ/л); fsh - уровень фолликулостимулирующего гормона в плазме крови (МЕ/л); tf - уровень свободной фракции тестостерона в плазме крови (пмоль/л); shbg - уровень секс-стероид связывающего глобулина в плазме крови (нмоль/л); prl - уровень пролактина в плазме крови (мМЕ/л).

Способ испытания на ударную вязкость для определения склонности к хрупкому разрушению тонколистового стального проката // 2655720

Изобретение относится к области строительства, а именно для определения с помощью механических испытаний на ударную вязкость пригодности элементов конструкций, изготовленных из тонколистового проката толщиной от 0,4 до 2,9 мм, для применения в районах Крайнего Севера и приравненных к ним местностях, где расчетная температура достигает минус 65°C.

Способ ранней генетической диагностики риска развития сахарного диабета 2 типа // 2655635

Изобретение относится к области медицины, в частности к медицинской генетике, и предназначено для ранней генетической диагностики риска развития сахарного диабета (СД) 2 типа.

Способ идентификации корицы цейлонской, китайской, индонезийской и вьетнамской // 2655526

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к способам идентификации корицы цейлонской, китайской, индонезийской и вьетнамской. Для этого образцы корицы анализируют методом изотопной масс-спектрометрии, при этом определяют изотопный состав углерода (δ13С), азота (δ15N) и кислорода (δ18О).

Триангуляционный метод измерения площади участков поверхности внутренних полостей объектов известной формы // 2655479

Изобретение относится к технологиям визуально-измерительного контроля (ВИК), позволяющим по зарегистрированным изображениям обнаружить искомые элементы поверхности контролируемых объектов в труднодоступных внутренних полостях различных технических устройств и сооружений и измерить геометрические характеристики этих элементов.

Способ прогнозирования эффективности антикоагулянтной терапии у больных с фибрилляцией предсердий, перенесших инсульт // 2655302

Изобретение относится к медицине и представляет собой способ оценки эффективности антикоагулянтной терапии у больных с фибрилляцией предсердий (ФП), перенесших инсульт, отличающийся тем, что перед назначением антикоагулянтной терапии новыми пероральными антикоагулянтами (НПОАК) у пациента проводят взятие крови из периферической вены, 10 мкл которой помещают в камеру Горяева с зеркальным напылением и анализируют с помощью лазерного фазово-интерференционного микроскопа, измеряя фазовую высоту 40-50 эритроцитов в пробе; определяют среднюю максимальную dY1 и среднюю минимальную dY2 фазовую высоту эритроцитов, рассчитывают коэффициент оксигенации эритроцитов dY2/dY1; значения dY2/dY1 от 0,085 до 0,2 считают нормальными; значения dY2/dY1<0,085 и значения dY2/dY1>0,2 свидетельствуют о нарушении реологических свойств крови; через 17 недель после начала терапии НПОАК исследование повторяют; достижение или сохранение значений dY2/dY1 от 0,085 до 0,2 считают признаком эффективности терапии, а значения dY2/dY1<0,085 и значения dY2/dY1>0,2 свидетельствуют о ее неэффективности.

Способ определения состава поверхностного слоя наночастицы, находящейся в матрице в бинарной системе // 2654956

Изобретение относится к области физико-химического анализа. Предложен способ определения состава поверхностного слоя двухкомпонентной наночастицы сферической формы в матрице, согласно которому с целью установления размерной зависимости состава поверхностного слоя наночастицы, сплав, содержащий наноразмерные частицы, подвергают термическому отжигу, определяют состав наночастицы и матрицы, а также средний радиус наночастицы.

Система и способ сбора образца нуклеиновой кислоты // 2654666

Группа изобретений относится к области биохимии. Предложена система и способ для сбора нуклеиновой кислоты из образца текучей среды организма, а также стерильная съемная крышка для приемника для сбора отходов.

Измерительное устройство и способ отбора образцов // 2653145

Изобретение относится к измерительному устройству и к способу отбора образцов. Способ содержит следующие этапы: а) добавление образца в камеру, в которой обеспечены магнитные частицы, при этом образец содержит целевой компонент, и камера имеет поверхность обнаружения; b) приложение силы магнитного поля к магнитным частицам, чтобы притянуть магнитные частицы к поверхности обнаружения.

Способ определения состава поверхностного слоя наночастицы, находящейся в матрице в бинарной системе // 2654956

Способ и система для определения смачиваемости с пространственным разрешением // 2642896

Изобретение относится к области геологии и может быть использовано для прогнозирования добычи углеводородов из продуктивного пласта. Предложен способ, который позволяет осуществлять определение смачиваемости с пространственным разрешением для пористых или других материалов.

Способ и устройство для определения плотности и поверхностного натяжения металлических расплавов // 2613592

Изобретение относится к технической физике, а именно к определению физических параметров металлических расплавов методом геометрии «большой капли», а именно путем измерения геометрических характеристик силуэта лежащей на подложке эллипсовидной капли расплавленного образца посредством фотообъемометрии.

Способ определения поверхностного натяжения двухкомпонентной наночастицы, находящейся в матрице // 2585514

Изобретение относится к области физико-химического анализа материалов, более конкретно к установлению зависимости поверхностного натяжения двухкомпонентной наночастицы сферической формы, находящейся в собственной двухкомпонентной матрице в зависимости от радиуса наночастицы и состава матрицы и наночастицы.

Способ и устройство определения плотности и/или поверхностного натяжения образца металлического сплава // 2582156

Изобретение относится к технической физике, а именно к определению физико-химических параметров металлических сплавов методом геометрии «большой капли», т.е. путем измерения параметров неподвижно лежащей на подложке эллипсовидной капли образца сплава посредством фотометрической объемометрии.

Способ определения поверхностного натяжения на границе раздела фаз жидкость-жидкость // 2574328

Изобретение относится к области технических измерений, в частности к способам определения поверхностного натяжения на границе органической и водной фаз гербицидных эмульсий.

Способ и устройство изучения плотности и/или поверхностного натяжения образца металлического сплава // 2570238

Изобретение относится к технической физике, а именно к определению физико-химических параметров металлических сплавов методом геометрии «большой капли», т. е.

Способ и устройство определения поверхностного натяжения и/или плотности металлических расплавов // 2561313

Изобретение относится к технической физике, а именно к определению физико-химических параметров металлических расплавов методом геометрии контура «большой лежащей капли», т.е.

Способ измерения поверхностного натяжения // 2554637

Изобретение относится к области аналитической техники, а именно к способам и средствам измерений межфазного натяжения жидких сред. Для этого формируют вспучивания на межфазной поверхности жидкость-газ или жидкость-жидкость воздействием ультразвукового радиационного давления, и определяя максимальную высоту вспучивания, судят о величине поверхностного или межфазного натяжения.

Способ определения поверхностного натяжения жидкости капиллярным методом // 2547003

Изобретение относится к области поверхностных явлений и предназначено для достоверного определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей σ21, под коэффициентом σ21 понимается поверхностное натяжение жидкости (2) на границе с ее паром (1) или другим газом.

Способ получения нанолитографических рисунков с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью // 2655651

Использование: для нанолитографических рисунков с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью. Сущность изобретения заключается в том, что путем механического воздействия зонда на кремниевую подложку формируют пространственный профиль в виде области шириной 7 мкм и глубиной 800 нм, после чего дополнительно на поверхность подложки в рамках метода гидротермального синтеза наносят эквимолярный раствор ацетата цинка Zn(O2C2H3)2, гексаметилтетрамина C6H12N4 и N-цетил-N,N,N-триметиламмоний бромид.