Фликкер-шумовая спектроскопия в параметризации структуры поверхности твёрдофазных систем в нанометровом диапазоне на основе данных атомно-силовой микроскопии

• Автор: Мисуркин, Павел Игоревич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 94 с. : ил.

Оглавление
Введение
Г лава 1. Атомно-силовая микроскопия в получении информации о структуре поверхности твердых тел (литературный обзор)
Глава 2. Принципы параметризации структуры поверхности твердофазных систем в нанометровом диапазоне
2.1. Базовые зависимости ФШС
2.2 Основные ФШС параметры
2.3 Алгоритм расчета параметров структуры поверхности твердофазных материалов на основе АСМ данных
Глава 3. ФШС параметризация структуры поверхности антикоррозионных магнетитных покрытий на стали
Глава 4. ФШС параметризация структуры поверхности при кристаллизации тройной системы хитозан-плюроник-фотосенсибилизатор
Глава 5. Проявление «аномальной диффузии» в динамике формирования хаотических поверхностей
Основные выводы
Приложение

Введение
Внедрение в широкую практику атомно-силовой микроскопии (ACM) [1-4] открыло возможность постановки и решения проблемы установления единообразия в оценке (стандартизации) параметров рельефа (структуры) хаотических поверхностей разнообразных твердофазных объектов (трущихся и адгезионных контактов, антикоррозионных покрытий, нанесенных катализаторов и др.), функциональные свойства которых определяющим образом зависят от особенностей структуры поверхности в нанометровом (~ 1-100 нм) диапазоне. Особенности рельефа твердофазной поверхности определяются как природой вещества объекта, поверхность которого исследуется, так и условиями формирования поверхности. Оба этих фактора определяют динамику самоорганизующейся «укладки» нанофрагменетов вещества по поверхности на различных пространственных масштабах в процессе ее формирования. Оцифрованные ACM изображения позволяют представлять все индивидуальные особенности флуктуирующего рельефа поверхности, элементов его структурной организации (текстуры) на микро- и нанометровых масштабах в виде «трехмерных» массивов высот профилей h(x у) поверхности, измеряемых при перемещении чувствительного элемента (зонда) приборов вдоль координаты х каждого из сканов на интервале 0 < х < L (L - характерный размер «окна» цифруемого изображения) с шагом А/ = LIN, N - число сканов, для всей совокупности сканов, каждому из которых соответствует фиксированное значение координаты по оси у, нормальной к оси х.
Индивидуальные особенности рельефа оцифрованных ACM
изображений поверхности содержатся в последовательности высот профиля
h(x; уо) рельефа поверхности, измеряемого при фиксированном значении уо (в
дальнейшем h(x; у0) = h(x)) вдоль каждого скана, и прежде всего, в области

низких пространственных /х частот (~ 0.1-1 мкм “'). Более высокочастотные хаотические составляющие профилей рельефа каждой реальной поверхности, в последовательности которых на некоторых пространственных интервалах практически всегда выявляются высоко индивидуальные, информационно значимые для каждой системы корреляционные взаимосвязи, обычно воспринимаются как «шумы» на фоне низкочастотных составляющих.
Но именно в таких шумовых компонентах может содержаться искомая информация об особенностях наноструктуры исследуемых поверхностей, информационно значимая при выявлении многих функциональных свойств поверхности. Особая роль при этом должна отводиться высокочастотным, наиболее структурно выраженным на нм масштабах нерегулярностям рельефа - «остриям», в окрестности которых повышены механические напряжения и напряженности электрического поля [5]. Эта ситуация иллюстрируется рис. 1, где схематически представлены профиль участка поверхности с линейным размером 1 см, а также фрагментов этого участка при больших увеличениях. Может оказаться, что в рассматриваемых профилях низкочастотные составляющие фрагмента профиля с линейным размером 10 мкм функционально практически не проявляют себя, и основная активность поверхности связывается с локальными нерегулярностями, типа выделенного 100 нм фрагмента.

(17)
где <7=1,2,M
Зависимость Sd(q) при q = 1, 2, М - 1 следует умножать на 2 в соответствии со стандартной процедурой для дискретного Фурье-преобразования (для учета спектральных величин во второй половине частотного диапазона). Для перехода от дискретной записи к непрерывному выражению косинус-преобразования автокорреляционной функции
необходимо использовать соотношения Sâ(q) = S(fx)xfd и q = 2 fxfdAM, где fx -пространственная частота и fd — LIN- частота дискретизации.
5. Вычисляется хаотическая составляющая ScДО) как средняя величина косинус-преобразования автокорреляционной функции для точек 2 и 3 (точка 1, соответствующая нулевой частоте, в вычислениях Sc(fx) не используется):
где q =/Д72,
которое при записи аргумента как непрерывной переменной эквивалентно представлению (5) для зависимости Д.(Д).
Рассматривая затем зависимость |УС(/Х)] в двойном логарифмическом
масштабе, путем процедуры согласования (фитинга) этой зависимости с (19) в области 0.25 М <д < М с помощью алгоритма нелинейного метода наименьших квадратов, основанного на методе сопряженных градиентов
(18)
6. Для ScJyq) используется интерполяционное выражение:
(19)