CC BY
47
л8 k
[Fe{OH\ L— FeOOH ■ Fe(ûH) + e + H + ; K, = (12)
л8 k-8
HCO3- + FeOOH■ Fe(OH )2 + 2H + FeOOH+ FeHCO+ + 2H2O (13)
/ \ k10 v k 12 FeOOH ■ Fe(OH)2 " y - FeOOH + e" +12 H+ ; K10 - (14)
k-10 k-10
H+ + FeOOH + HCO3- ш >1/2(FeO + }(hCO3)+ H2O (15)
FeOOH■ Fe(OH)2 + FeOOH k12 > Fe3O4 + 2H2O (16)
Fe3O4 + 8H ++ 2e- И3 > 3Fe2++ 4H2O (17)
k14 >
FeOOH ■ Fe(OH)2 + 2H+<_FeOOH ■ Fe 2+ + 2H2 O (18)
Для выяснения, какая же из этих стадий лимитирует процесс коррозии ст. 10 в карбонатных растворах, нужно проводить математическое моделирование анодного процесса в нейтральных и слабощелочных средах по механизму Лоренца.
Выводы
Изучены особенности электрохимического поведения железа в карбонатных и сульфатных растворах, состоящие в том, что карбонат-ионы ускоряют ток анодного процесса в определенной области потенциалов от - 0,4 до - 0,2 В за счет образования пленок сидерита на поверхности оксидов железа. На основе электрохимических исследований установлено, что скорость коррозионного процесса в сульфатных и карбонатных растворах, в щелочных растворах уменьшается с увеличением рН и лимитируется анодным процессом.
Специфика влияния карбонат-ионов заключается в том, что они ускоряют отдельные стадии анодного процесса на стали 10.
Литература
1. Практикум по электрохимии под ред. проф. Дамаскина Б.Б. М.: Высшая школа. 1991. 289с.
2. Коррозия под действием теплоносителей, хладореагентов и рабочих тел. Справочное руководство под ред. А.М. Сухотина. Л.: Химия. 1988. 360с.
3. Лосев В.Л., Сазонов Р.П. Повышение долговечности горячего водоснабжения. М.: Энергия .1972. 73с.
4. Митина А.П., Горичев И.Г., Хорошилов А.В., Коничев В.С. Теоретические основы карбонатной коррозии стали. М.: ВНИИГазпром. 1992. 54с.
5. Legrand L., Savoye S., Chausse A., Messina R. study of oxidation products formed on iron in solutions containing bicarbonate/carbonate. Electrochimica acta. 2000. V. 46. P. 111-117.
6. Гаррелс Р.М., Крайст Ч.Л. Растворы, минералы, равновесия. М.: Мир. 1968. 307с.
Компьютеризированные средства автоматизации контрольно-измерительных операций на основе технологии LabVIEW
Сиротский А.А., Мурачёв Е.Г., Дорохов И.Н. МГТУ «МАМИ», РХТУ им. Менделеева К современным промышленным информационно-измерительным системам предъявляются высокие требования по гибкости, эргономичности, удобству использования, возможности встраивания в действующие технологические процессы. В этой связи актуальны разработки компьютеризированных систем сбора обработки и хранения данных, позволяющих обеспечивать высокую производительность и гибкость контроля, собирать и обрабатывать большие массивы информации.
На рис. 1 показана схема экспериментальной лазерной измерительной системы (ЛИС) с разработанной компьютеризированной системой сбора данных. Автоматизированная ЛИС
состоит из следующих основных элементов: 1 - жёсткая платформа; 2 - координатный линейный программно-управляемый шаговый модуль движения (подвижная платформа); 3 -программируемый цикловой логический контроллер; 4 - оптический фотоприёмный блок; 5 - контактная площадка с выводами от позиционно-чувствительных фотоприёмников (ПЧФ); 6 - блок лазерного излучателя; 7 - блок электронных усилителей с встроенным блоком питания; 8 - PC-совместимая ЭВМ с встроенным модулем сбора данных на основе цифрового сигнального процессора. При движении платформы 2 с установленным на ней блоком 4 вдоль направления лазерного луча, на ПЧФ формируются напряжения, пропорциональные отклонению от прямолинейности движения.
Основой созданного компьютеризированного измерительного комплекса является специализированный модуль PCI-1202H фирмы ICP DAS, представляющий собой так называемую «DAQ - board» (Data Acquisition Board - Плата сбора данных) - измерительный модуль, встраиваемый непосредственно в персональный компьютер (ПК). Модуль PCI-1202H имеет 12-битный АЦП (44К измерений в секунду), программируемый усилитель с максимальным усилением 1000, аналоговые входы с диапазоном от -10 до 10 В в дифференциальном режиме, входной импеданс 10 Мом при 6 пФ. Программное обеспечение информационно-измерительной системы разработано в среде LabVIEW фирмы National Instruments на языке графического программирования G (Джей).
При разработке программы основной упор был сделан на наглядность, простоту работы с ней, возможность наблюдать измерения в интерактивном режиме (On-Line), возможность корректировать любые настройки сканирования в процессе измерения и сохранять данные в формате, удобным для последующей работы с ними.
3 4 6 7
Рис. 1. Схема экспериментальной ЛИС с компьютеризированной системой сбора
данных.
Основным модулем программы является модуль P1202_M_FUN_3 (рис. 2), предназначенный для автоматического преобразования входящей информации и построения графического изображения сигнала в координатах «время-амплитуда», причём время выводится в дискретных отсчётах в соответствии с частотой съема информации, а амплитуда - в дискретных отсчётах в соответствии с программно выбранным диапазоном сигнала.
Данному модулю (рис. 2) задаются входные параметры: wDaFrequency - выходная частота; wDaWave - номер волновой формы DA; ШаАшрИ^е - амплитуда вывода; wAdClock -осуществление выборки часов; wAdNumber - число данных, которые читаются из буфера; wAdChannel[] - номер включаемого канала; wAdConfig[] - коды конфигурации; fAdBuf[] -выходные данные АЦП; fLowAlarm - минимальный предел сканирования; Ш^ИА^гт - максимальный предел сканирования. Выходными параметрами являются: №Еггог - успешный результат работы; DriverHandleError - не удается найти драйвер; DriverCallError - не удается
запустить драйвер; ЕхсееёВоагё№шЬег - неправильный номер модуля; FindBoardError - модуль РС1-1202Н не найден; AdControllerError - ошибка установления связи; M_FunExecError - код ошибки; Соп1^Сос1еЕггог - ошибка кода конфигурации.
wChannelStatus
I
wAdConfig
[I^-
Count
AiAdClock| iFDaAmplitude]
|rsci ►
AiAdNunnber
U16
Bn
|ПЩ|
wDaWave ^DaFrequency
Щ
0,00
11
IfLowAlarrn
■Jib
Ulb
FHighAlarnn
I
a™
Handfet
Ulb<
-ППЛ-1
■_■ ■ ь
TTo
■_■ ■ ь
uiu)
О
JGL JG
RetVal
FAdBuf
> >gl]
Рис. 2. Модуль P1202_M_FUN_3.
Первый блок программы (рис. 3) предназначен для инициализации, запуска, настройки драйвера в цикле.
Рис. 3. Первый блок программы.
Кнопка 1 «начать измерение» служит для запуска общего цикла программы. В цикле выполняются следующие операции: запуск измерения и первоначальное создание массивов с данными. Нажав кнопку «начать измерения», запускается 1-ый цикл программы, где сразу активируются модули 3 запоминания текущего времени. Они служат для определения времени измерения, указываемые в элементе управления 6. Логический элемент (ЛЭ) 5 высчитывает разницу во времени циклов, в свою очередь логический элемент 7 сравнивает их с
требуемым. Логическое выражение, полученное в ЛЭ 7, поступает в ЛЭ 10, где определяется, когда остановить цикл измерения: по истечении указанного пользователем времени измерения или по команде экстренного останова по кнопке 8. Модуль 9 является выходом из цикла. Модули 2 необходимы для обнуления первоначальных данных в массиве, которые объединяются в модулях 11. Модуль 13 выводит на экран графическую шкалу сохранения массива в файл. Библиотека Driverlnit 12 служит для инициализации драйвера устройства. В элементе 15 находятся страницы 2-го и 3-го цикла.
Второй блок программы предназначен для создания упорядоченных и обработанных массивов, подготовки к сохранению данных (рис. 4). В модулях 1 (Insert Into Array) происходит окончательное создание 4-х массивов, путем объединения начальных (нулевых) значений и значений, получаемых при измерении в цикле. Модули 2 выводят в рабочее окно программы массив из 4-х значений (для ручного просмотра измеренных данных в программе) для каждого канала. Элемент 3 (Build Array) связывает 4 массива в единый 2-D массив для сохранения. Модуль 4 (Array size) отображает размер массива (в %) для полиморфной функции построения графической шкалы, выводящейся на экран.
Рис. 4. Второй блок программы.
Третий блок программы (рис. 5) служит для преобразования массивов в файлы, создания имен и вывода на экран результатов операции. Из модуля 1 (Build Array) выходит 2-D массив, который идет в модули 14 (Write To Spreadsheet File) и 15 (Write To SGL File), где преобразовывается и сохраняется в нужные форматы. Схема для создания имени файла устроена таким образом:
dd.MM.yyyy HH-mm-ss time (ms) Freq (Hz).(bin или txt)
Например: 04.05.2006 01-02-03 time 1234 Freq 9000.txt
Для того чтобы получить текущее время, вызывается модуль 2 (Get Date/Time String). Этот модуль возвращает два выхода: текущую дату и время. Текущее время сразу отправляется в модуль 10 (Concatenate Strings), который соединяет строковые значения и после времени вставляется пробел в имени элементом 6. Так как в имени файла символ «:» запрещен, а время выводится в формате HH:mm:ss, то нужно заменить двоеточие на другой символ, например «-». Делается это при помощи модуля 7 (Search and Replace String), который их заменяет при помощи значений 5 и возвращает нужное значение времени, которое отправляется сразу в модуль 10. Далее делается следующее слово с пробелом в начале « time». Для вывода
времени измерения применяется местная переменная, которая возвращает указываемое значение, но так как оно является строковым параметром, то возникает необходимость перевода его в десятичную строку. Для этого используется модуль 8 (Number To Decimal String), который преобразовывает длинное строковое значение в десятичную строку, на выходе получается нужное значение и отправляется в модуль 10. Аналогичная операция проводится для вывода в название файла частоты дискретизации.
Рис. 5. Третий блок программы.
Таким образом, на выходе модуля 10 получается десятичная строка вида: dd.MM.yyyy HH-mm-ss time (ms) Freq (Hz).
С модуля 10 отправляются сигналы на такие же модули, но для каждого типа файла (*.bin и *.txt), на выходе которых получаются имена файлов уже с нужными расширениями.
В элементе 13 указывается путь, куда будут записываться файлы.
В модулях 21 (Build Path) соединяются имена файлов и путь их сохранения.
В модулях 14 и 15 приходит 2-D массив и имя, и путь сохранения данных измерения, где выполняется операция создания и сохранения данных в файл. Модули 16 выводят на экран путь и имена сохраненных файлов.
Общий вид программы показан на рис. 6. Окно программы состоит из трёх частей: 1 -основные рычаги управления программой; 2 - графически отображаемые измерения; 3 -цифровые результаты измерений.
Экспериментально была проведена апробация ЛИС с разработанным комплексом сбора данных. Проводились измерения траектории движения ЛШД по направляющей. ЛШД двигался в прерывисто-шаговом режиме с величиной шага 2 мм. Для сопоставления данных, полученных с помощью ЛИС, использовалась механическая микрометрическая головка с диапазоном измерений -30...+30 мкм, которая крепилась к неподвижному основанию ЛШД и по которой определялось отклонение от прямолинейности направляющей в каждом положении ЛШД. Результаты измерений прямолинейности направляющей движения ЛШД с помощью ЛИС и контрольные измерения с помощью микрометрической головки представлены на рис. 7.
Максимальное абсолютное расхождение между измерениями, полученными с помощью ЛИС ДОК и микрометрическим измерителем, составляет 2,5 мкм, среднее расхождение составляет 0,727 мкм.
Рис. 6. Общий вид окна программы.
мкм
Рис. 7. Результаты измерений прямолинейности направляющей ЛШД при помощи ЛИС и контрольные измерения микрометрической головкой.
Анализ результатов экспериментального исследования макета ЛИС показывает высокую степень сопоставимости результатов измерений, повторяемость и воспроизводимость полученных данных, высокую точность ЛИС и широкий диапазон измерений. Точность измерений составляет порядка 1 мкм.
Литература
1. Сиротский А.А. Программное и математическое обеспечение автоматизированных прецизионных лазерных измерительных систем с двумя оптически обращенными каналами. // Известия МГТУ «МАМИ», №2, 2008. с. 157-165.
2. Сиротский А.А. «Изучение автоматизированной лазерной измерительной системы». Методические указания по выполнению лабораторной работы по дисциплине «Системы ав-
Раздел 3. Естественные науки. томатизации и управления» для студентов, обучающихся по специальностям 22020165, 22030165 и направлению 22020062. М., МГТУ «МАМИ», 2008 г. 20 с. 3. Сиротский А. А. Применение LAB VIEW для автоматизации лазерных измерительных систем и научного эксперимента. Тезисы докладов научно-практической конференции «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments» ESEA-NI-04. Москва, РУДН. 2004.
Плёнки с низкой диэлектрической проницаемостью на базе лиотропных
жидких кристаллов
Сонин А.А.
МГТУ «МАМИ»
Введение
Твёрдые материалы с низкими значениями диэлектрической проницаемости (обычно обозначаемой k в англоязычной материаловедческой литературе) перспективны для применения в наноэлектронике (например, [1]). Использование этих материалов в качестве изоляционных прослоек в наносхемах заметно повышает скорость распространения электрических сигналов и снижает диэлектрические потери.
Для эффективного применения в наноэлектронике такие материалы, кроме низких значений k, должны быть механически прочными. Это необходимо для использования электронных приборов в различных (порой агрессивных) внешних условиях.
Низкие значения k обычно получаются внедрением в твёрдые диэлектрические материалы воздуха (k = 1) в виде пор. Механическая прочность материала чаще всего достигается путём пространственного упорядочения таких пор.
Геометрические размеры пор не должны превосходить 10 нм, так как минимальные размеры деталей современных наносхем имеют порядок 10 нм. Очевидно, что поры с размерами большими 10 нм могут разрушать микросхемы. В специальной литературе такие поры принято называть «порами-убийцами».
Традиционная процедура получения диэлектрических материалов с пространственно-упорядоченными микропорами основана на так называемом методе жидкокристаллической «затравки», предложенном исследователями компании Мобил в 1992 г. (например, [2, 3]). Этот метод базируется на использовании лиотропного жидкого кристалла как «затравки» для получения твёрдого диэлектрического материала. Лиотропные мезофазы, обычно применяемые в качестве «затравок», состоят из упорядоченных сферических (цилиндрических) мицелл или полимерных цепей. В мезофазу примешивается кремнийсодержащее неорганическое соединение. Жидкий неорганический материал играет роль растворителя, в котором «растворены» мицеллы, или полимерные цепи. Полученный раствор называют прекурсион-ным.
В процессе затвердевания неорганического материала в результате реакции гидролиза (например, [4]) он образует твёрдые стенки, разделяющие органические мицеллы, или полимерные цепи. Это - так называемая самосборка неорганического материала и мицелл (полимерных цепей) (например, [5]).
Тонкие твёрдые плёнки диэлектрического материала, необходимые для применений в наноэлектронике, чаще всего получают центрифугированием прекурсионного раствора на кремниевые подложки.
После затвердевания прекурсионного раствора присутствующие в нём органические внедрения (мицеллы, полимерные цепи) удаляются путём кальцинирования (вакуумного отжига). В результате получается твёрдый материал, содержащий пространственноупорядо-ченные поры.
Целью настоящей работы явилась разработка технологий получения и исследование физических свойств новых механически прочных пористых плёнок с низкой диэлектриче-
