×
27.01.2013
216.012.20c1

СПОСОБ ОЦЕНКИ КИНЕТИКИ ОБРАЗОВАНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ПЛЕНОК И ИЗМЕНЕНИЯ ИХ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к анализу оптических характеристик наноразмерных пленок, образующихся при конденсации продуктов газовыделения нагретых неметаллических материалов в вакууме. Способ заключается в термовакуумном воздействии при определенной температуре на образцы материалов, помещенные в специальные изотермические контейнеры, и в улавливании выделившихся из образцов легко конденсирующихся веществ на конденсирующих пластинах. Потерю массы определяют по разности масс образца до и после воздействия, таким же образом аналогично определяют и содержание летучих конденсирующихся веществ. Испытуемый образец нагревают до температуры на 0,1% ниже минимального порога температуры, при которой начинается деструкция неметаллического материала, при этом происходят непрерывное облучение образца стекла монохроматическим потоком и регистрация энергетических и частотных характеристик монохроматического потока. Кинетику определяют по изменению коэффициента пропускания. Изобретение позволяет увеличить количество контролируемых параметров конденсирующихся пленок. 1 ил.
Основные результаты: Способ оценки кинетики образования наноразмерных пленок и изменения их оптических характеристик, заключающийся в термовакуумном воздействии при определенной температуре на образцы материалов, помещенные в изотермические контейнеры, и в улавливании выделившихся из образцов легко конденсирующихся веществ на конденсирующих пластинах, потерю массы определяют по разности масс образца до и после воздействия, таким же образом определяют и содержание летучих конденсирующихся веществ, отличающийся тем, что конденсирующие пластины из кварцевого стекла помещают в держатель, охлаждаемый до температур в диапазоне от минус 30°C до плюс 50°С; в нижнем окне вакуумной камеры располагают источник монохроматического излучения с длинами волн в диапазоне от 140 нм до 3300 нм, а в верхнем окне - приемник излучения, причем окна камеры расположены соосно с противоположных сторон испытуемого образца так, что ось, проходящая через центр окна, совпадает с центром образца; испытуемый образец нагревают до температуры на 0,1% ниже минимального порога температуры, при которой начинается деструкция неметаллического материала, при этом происходит непрерывное облучение образца стекла монохроматическим потоком и регистрация энергетических и частотных характеристик монохроматического потока; кинетику образования пленок и изменений оптических характеристик определяют по изменению коэффициента пропускания, а также частотных характеристик излучения, прошедшего через конденсационную пластину с загрязняющей пленкой.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к способу оценки кинетики образования и изменения оптических характеристик наноразмерных пленок, образующихся при конденсации продуктов газовыделения нагретых неметаллических материалов в вакууме.

В настоящее время, исходя из технико-экономических соображений, большинство вновь разрабатываемых космических аппаратов конструируются в бескорпусном исполнении. При этом воздействию космических факторов, таких как высокий вакуум, циклически меняющаяся температура, высокоэнергетические излучения, поток микрометеоритов и др., подвергаются все блоки космического аппарата, расположенные вне гермоотсеков. Это приводит к увеличению количества продуктов газовыделения и сублимации различных материалов, т.е. к увеличению плотности собственной внешней атмосферы (СВА). Осаждение частиц СВА приводит к ряду негативных последствий, но прежде всего, к снижению светопропускания и появлению ложных срабатываний оптических приборов. Наиболее актуальна эта проблема для космических аппаратов, снабженных оптическими приборами с охлаждаемыми светочувствительными элементами. В этом случае возникают более благоприятные условия осаждения на поверхности светочувствительных элементов паразитных пленок, обладающих более плотной структурой и состоящих из большого числа органических частиц и радикалов.

Существует несколько методов решения данной проблемы. Их можно разделить на две основные группы. Методы первой группы преследуют цель снижения роста либо удаления существующих загрязняющих пленок на оптических поверхностях. Методы второй группы направлены на снижение плотности СВА за счет уменьшения газовыделения и сублимации материалов. К методам этой группы относят метод оценки и отбора неметаллических материалов по параметрам загрязняющих пленок, образованных продуктами их газовыделения.

Известен способ обезгаживания изделий (патент РФ №2061950, 1992 г.). Способ заключается в том, что испытуемое изделие помещают в вакуумную камеру и вакуумируют при непрерывном нагреве и подаче в камеру подпиточного газа. Подпиточный газ подается непрерывно с начала процесса обезгаживания изделия в зону защищаемой поверхности, а количество подаваемого газа пропорционально потоку газовыделения изделия, подвергаемого обезгаживанию. Способ рекомендуется применять для обезгаживания изделий, содержащих в своем составе неметаллические материалы (пластмассы, резины, герметики, лаки, краски, изоляционные материалы и т.п.), а также элементы (узлы, детали, сборки), подлежащие защите от продуктов газовыделения (стекла, зеркала, линзы, электронные схемы и др.).

Основным недостатком способа является то, что в ходе обезгаживания не контролируются параметры процессов газовыделения, не применяются конденсационные экраны, на которых осаждались бы продукты газовыделения. Отсутствие информации о процессах газовыделения и образовании загрязняющих пленок не позволяет сделать обоснованный отбор материалов для космических аппаратов.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ моделирования влияния молекулярных загрязняющих пленок на свойства оптических систем. Данный способ описан в патенте США №7,514,275 (2009 г.). В патенте описаны способ и установка, предназначенные для активации процессов газовыделения и пленкообразования, при этом контроль продуктов газовыделения ведется методами спектрометрии. Контроль оптических свойств системы производится методом измерения спектров поглощения оптического излучения. Установка предусматривает проведение испытаний при изменении температуры и давления.

Основным недостатком способа является узость его функциональных возможностей, а именно то, что в процессе газовыделения контролируют только спектры поглощения и химический состав, при этом не производят контроль физико-химических параметров осаждаемой пленки.

Основная задача способа заключается в увеличении количества контролируемых параметров конденсирующихся пленок, позволяющих значительно расширить функциональные возможности способа.

Технический результат достигается тем, что способ оценки кинетики образования наноразмерных пленок и изменения их оптических характеристик заключается в термовакуумном воздействии при определенной температуре на образцы материалов, помещенные в специальные изотермические контейнеры, и в улавливании выделившихся из образцов легко конденсирующихся веществ на конденсирующих пластинах. Потерю массы определяют по разности масс образца до и после воздействия, таким же образом аналогично определяют и содержание летучих конденсирующихся веществ. Причем конденсирующие пластины из кварцевого стекла помещают в специальный держатель, охлаждаемый до температур в диапазоне от минус 30 до плюс 50°С; в нижнем окне вакуумной камеры располагают источник монохроматического излучения с длинами волн в диапазоне от 140 до 3300 нм, а в верхнем окне - приемник излучения. Окна камеры расположены соосно с противоположных сторон испытуемого образца так, что ось, проходящая через центр окна, совпадает с центром образца; испытуемый образец нагревают до температуры на 0,1% ниже минимального порога температуры, при которой начинается деструкция неметаллического материала, при этом происходят непрерывное облучение образца стекла монохроматическим потоком и регистрация энергетических и частотных характеристик монохроматического потока. Кинетику образования пленок и изменений оптических характеристик определяют по изменению коэффициента пропускания, а также частотных характеристик излучения, прошедшего через конденсационную пластину с загрязняющей пленкой.

Фиг.1 - Схема установки для реализации предлагаемого способа.

На фиг.1 номерами позиций обозначены: 1 - камера; 2 - окна; 3 - источник излучения; 4 - приемник излучения; 5 - образец кварцевого стекла; 6 - загрязняющая пленка; 7 - охлаждающие держатели; 8 - нагревательные столики; 9 - газящие образцы испытуемого материала.

Образец 9 испытуемого материала помещают в вакуумную камеру 1 на нагревательный столик 8. Производят откачку камеры 1. Затем производят разогрев образца материала 9 до температуры 120°С. В камере 1 расположен образец из кварцевого стекла 5, который охлаждается в диапазоне температур от минус 10 до плюс 30°С на специальных охлаждающих держателях 7. В камере 1 имеются два окна 2, расположенные соосно с противоположных сторон испытуемого образца кварцевого стекла 5. При этом ось, проходящая через окна, совпадает с центром образца 5. В нижнем окне 2 камеры 1 расположен источник монохроматического излучения 3 с диапазоном длин волн, перекрывающим инфракрасный (ИК) (1…33 мкм), ультрафиолетовый (УФ) и диапазон видимого света (140-1000 нм), а в верхнем окне 2 расположен приемник излучения 4.

Образец 9 испытуемого материала нагревают до температуры на 0,1% ниже минимального порога температуры, при котором начинается деструкция неметаллического материала. При этом происходят непрерывное облучение образца кварцевого стекла 5 монохроматическим потоком излучения и регистрация энергетических и частотных характеристик монохроматического потока излучения. После окончания процесса газовыделения кинетику образования загрязняющих пленок 6 на стекле 5 определяют по изменению энергетических и частотных характеристик излучения. При этом происходит совмещение процессов газовыделения-пленкообразования и исследования физико-химических и оптических параметров пленки 6 в едином процессе, т.е. происходит исследование параметров пленки 6 в процессе ее роста (in situ).

Таким образом, достигается протекание процессов газовыделения испытуемого образца 9, осаждения и образования на кварцевом стекле 5 его наноразмерной пленки 6 и одновременно с этими процессами определение физико-химических параметров осажденной пленки 6 для оценки кинетики ее образования, а также ее оптических характеристик.

Достижение протекания процессов газовыделения испытуемого образца 9, осаждения и образования на кварцевом стекле 5 его наноразмерной пленки 6 и одновременно с этими процессами определение физико-химических параметров осажденной пленки 6 для оценки кинетики ее образования, а также ее оптических характеристик при моделировании воздействия факторов космического пространства приводят к повышению достоверности оценки пригодности материалов для использования в условиях открытого космоса.

Исследуемыми параметрами сконденсировавшихся пленок, характеризующими изменение оптических свойств кварцевых светочувствительных элементов в результате газовыделения и пленкообразования конструкционных материалов, являются следующие:

- толщина пленки (h);

- сплошность пленки (s);

- шероховатость поверхности;

- химический состав;

- коэффициенты преломления (n) и поглощения (k);

- оптические коэффициенты пропускания (Т) и отражения (R) пленки.

Исследование физико-химических параметров пленки производят различными методами:

- Атомно-силовая микроскопия (АСМ) (определение рельефа поверхности, толщины и сплошности пленки);

- ИК-спектроэллипсометрия (ИК-СЭ) (определение толщины пленки, химического состава, оптических констант);

- Спектрометрия комбинационного рассеяния (КРС) (определение химического состава пленки);

- Оптическая микроскопия (определение сплошности пленки).

Исследование оптических характеристик (коэффициентов пропускания Т и отражения R) производят методами спектрофотометрии и спектральной эллипсометрии в следующих диапазонах длин волн:

- ИК-диапазон (1-33 мкм);

- УФ-диапазон и диапазон видимого света (140-1000 нм).

По результатам проводимых исследований определяют параметры модели прогнозирования изменения оптических характеристик кварцевых светочувствительных элементов. В основе модели прогнозирования лежит оптическая модель исследуемой структуры, с помощью которой получают зависимость спектрального коэффициента пропускания Т от времени t и длины волны λ. Варьируя значения параметров времени и длины волны получают зависимость оптических характеристик пленки от толщины и сплошности пленки. Входными данными для модели являются толщины, рельеф поверхности (шероховатость, сплошность) и коэффициенты преломления и поглощения (n и k) пленок. Толщины, рельеф поверхности, коэффициенты преломления и поглощения, химический состав получают исходя из изменения энергетических и частотных характеристик излучения, прошедшего через пленку.

Способ оценки кинетики образования наноразмерных пленок и изменения их оптических характеристик, заключающийся в термовакуумном воздействии при определенной температуре на образцы материалов, помещенные в изотермические контейнеры, и в улавливании выделившихся из образцов легко конденсирующихся веществ на конденсирующих пластинах, потерю массы определяют по разности масс образца до и после воздействия, таким же образом определяют и содержание летучих конденсирующихся веществ, отличающийся тем, что конденсирующие пластины из кварцевого стекла помещают в держатель, охлаждаемый до температур в диапазоне от минус 30°C до плюс 50°С; в нижнем окне вакуумной камеры располагают источник монохроматического излучения с длинами волн в диапазоне от 140 нм до 3300 нм, а в верхнем окне - приемник излучения, причем окна камеры расположены соосно с противоположных сторон испытуемого образца так, что ось, проходящая через центр окна, совпадает с центром образца; испытуемый образец нагревают до температуры на 0,1% ниже минимального порога температуры, при которой начинается деструкция неметаллического материала, при этом происходит непрерывное облучение образца стекла монохроматическим потоком и регистрация энергетических и частотных характеристик монохроматического потока; кинетику образования пленок и изменений оптических характеристик определяют по изменению коэффициента пропускания, а также частотных характеристик излучения, прошедшего через конденсационную пластину с загрязняющей пленкой.
СПОСОБ ОЦЕНКИ КИНЕТИКИ ОБРАЗОВАНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ПЛЕНОК И ИЗМЕНЕНИЯ ИХ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 21-25 из 25.
29.04.2019
№219.017.4663

Способ и устройство для получения многослойно-композиционных наноструктурированных покрытий и материалов

Изобретение относится к технологии получения покрытий. Способ включает размещение подложки в вакуумной камере, ионное травление подложки и осаждение на подложку материала методом PVD в среде рабочего газа. Для осаждения используют не менее двух электродуговых источников плазмы с сепарацией...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002463382
Дата охранного документа: 10.10.2012
09.05.2019
№219.017.50ad

Способ для оценки потери массы и содержания летучих конденсирующихся веществ при вакуумно-тепловом воздействии на неметаллические материалы в сочетании с высокоэнергетическим излучением и устройство для его осуществления

На образцы материалов, помещенные в изотермические контейнеры, осуществляют термовакуумное воздействие при определенной температуре и улавливают выделившиеся из образцов летучие конденсирующиеся вещества конденсирующими пластинами. Потерю массы определяют по разности масс образца до и после...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002468970
Дата охранного документа: 10.12.2012
24.05.2019
№219.017.6026

Устройство для газопламенной обработки образцов материалов

Устройство для газопламенной обработки образцов материалов путем высокоинтенсивного и высокотемпературного нагрева содержит газовую горелку с насадкой, в которой выполнено множество сопел. Сопла выполнены в виде конуса с выходным отверстием диаметром 0,8-1,2 мм, длиной 1-2 мм и углом раскрытия...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002429299
Дата охранного документа: 20.09.2011
29.06.2019
№219.017.a178

Способ формирования термочувствительных нанокомпозиционных фотонных кристаллов

Способ может быть использован при создании датчиков температуры для оптоэлектронных систем. Способ включает внедрение материала с изменяемыми посредством внешней температуры свойствами в структуру опала, полученную путем вытравливания коллоидных частиц, формирующих кристаллическую решетку...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002467362
Дата охранного документа: 20.11.2012
14.07.2019
№219.017.b455

Устройство воспламенения образца твердого ракетного топлива и способ воспламенения с его использованием

Изобретение относится к ракетной технике, более конкретно к воспламенительным устройствам твердых ракетных топлив и способам воспламенения для малых модельных установок и стендовых испытаний. Устройство воспламенения образца твердого ракетного топлива включает корпус, в котором размещен заряд...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002415290
Дата охранного документа: 27.03.2011
Показаны записи 21-28 из 28.
25.08.2018
№218.016.7f63

Дистанционный способ обнаружения растительности, находящейся в неблагоприятных для развития условиях

Изобретение относится к области измерительной техники и касается дистанционного способа обнаружения участков растительности, находящейся в неблагоприятных для развития условиях. Способ включает в себя лазерное облучение растений и регистрацию отраженного излучения. Облучение и регистрацию...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002664757
Дата охранного документа: 22.08.2018
01.03.2019
№219.016.d048

Способ дистанционного обнаружения нефтяных загрязнений на поверхности воды

Изобретение относится к измерительной технике. Способ включает облучение поверхности воды в ультрафиолетовом диапазоне на длине волны возбуждения λ и регистрацию интенсивности флуоресцентного излучения I(λ) и I(λ) от исследуемой водной поверхности в двух узких спектральных диапазонах с центрами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002440566
Дата охранного документа: 20.01.2012
19.04.2019
№219.017.2e65

Способ получения легированных слоев ионной имплантацией

Изобретение относится к способам получения тонких слоев материала ионной имплантацией и может быть использовано при модификации подложек из металлов, диэлектриков и полупроводников. Согласно способу ионную имплантацию осуществляют в струйном диафрагменном разряде (СДР) в вакууме при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002395619
Дата охранного документа: 27.07.2010
29.04.2019
№219.017.4663

Способ и устройство для получения многослойно-композиционных наноструктурированных покрытий и материалов

Изобретение относится к технологии получения покрытий. Способ включает размещение подложки в вакуумной камере, ионное травление подложки и осаждение на подложку материала методом PVD в среде рабочего газа. Для осаждения используют не менее двух электродуговых источников плазмы с сепарацией...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002463382
Дата охранного документа: 10.10.2012
09.05.2019
№219.017.4c73

Способ получения покрытия и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способу и устройству для получения покрытий. Изобретение позволяет стабильно получать высококачественные покрытия из широкого класса материалов с высокой адгезией к подложкам из металлов, диэлектриков, полупроводников. Покрытие получают путем ионного осаждения на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002395620
Дата охранного документа: 27.07.2010
09.05.2019
№219.017.50ad

Способ для оценки потери массы и содержания летучих конденсирующихся веществ при вакуумно-тепловом воздействии на неметаллические материалы в сочетании с высокоэнергетическим излучением и устройство для его осуществления

На образцы материалов, помещенные в изотермические контейнеры, осуществляют термовакуумное воздействие при определенной температуре и улавливают выделившиеся из образцов летучие конденсирующиеся вещества конденсирующими пластинами. Потерю массы определяют по разности масс образца до и после...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002468970
Дата охранного документа: 10.12.2012
25.07.2019
№219.017.b8ef

Способ дистанционного обнаружения утечек нефтепроводов на земной поверхности

Изобретение относится к области измерительной техники и касается дистанционного способа обнаружения утечек нефтепроводов. Обнаружение утечек осуществляется путем облучения поверхности в ультрафиолетовом диапазоне на длине волны возбуждения и регистрации флуоресцентного излучения. Для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002695276
Дата охранного документа: 22.07.2019
24.04.2020
№220.018.188b

Дистанционный способ выделения участков леса с преобладанием хвойных или лиственных пород деревьев в летнее время с авиационного носителя

Изобретение относится к лесному хозяйству и может найти применение при дистанционном мониторинге лесных массивов на обширных территориях. Дистанционный способ выделения участков леса с преобладанием хвойных или лиственных пород деревьев включает дистанционную регистрацию полей яркости лесной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002719731
Дата охранного документа: 22.04.2020
+ добавить свой РИД