Способ определения направления перемещения движущихся объектов от взаимодействия поверхностно-активного вещества со слоем жидкости над дисперсным материалом

Способ определения направления перемещения движущихся объектов от взаимодействия поверхностно-активного вещества со слоем жидкости над дисперсным материалом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области оценки свойств дисперсных материалов и может быть использовано для разработки энергетических нанотехнологий в разных отраслях промышленности и областях знаний, а также для разработки и управления самоорганизующихся систем, открывает возможности для изучения новых принципов построения технических устройств.

Теоретические основы для функционирования самоорганизующихся систем разработаны для кибернетических устройств и виртуальных систем (см. Самоорганизующаяся система _philosophy/7265/%D0%Al%D0%90%D0%9C%D0%9E%D0%9E%DO%AO%D0%93%DO%90%D0%9D%DO%98%DO%97%D0%A3%D0%AE%D0%A9%D0%90%D0%AF%D0%A1%D0%AF).

Известно применение магнитных коллоидов для самособирающихся спиральных структур, напоминающих ДНК (см. Кремниевый конструктор биологических макромолекул http://www.nanonewsnet.m/news/2008/silikonovyi-konstruktor-biologicheskikh-makromolekul).

Однако этот способ самоорганизации объектов применим для микрообъектов видимых только в микроскоп.

Известны подобные системы самоорганизации объектов в наномире: (см. Управление формой коллоидных наночастиц http://www.nanonewsnet.m/articles/2007/upravlenie-formoi-kolloidnykh-nanochastits; Квантовая левитация: успешные эксперименты открывают дорогу новым типам наномеханизмов http://www.nanonewsnet.ru/news/2009/kvantovaya-levitatsiya-uspeshnye-eksperimenty-otkryvayut-novye-tipy-nanomekhanizmov http://elementy.ru/news/430975); Органический гель формирует «геометрические» наночастицы http://www.nanonewsnet.ru/news/2007/organicheskii-gel-formiruet-geometricheskie-nanochastitsy; Самоорганизация нанотрубок по образу и подобию ДНК http://www.nanonewsnet.ru/news/2009/samoorganizatsiya-nanotrubok-po-obrazu-podobiyu-dnk; Нанопловцы создают всплеск в технологиях направленной доставки лекарств http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=8420.php; Микрохирургический хирург http://www.nanonewsnet.ru/news/2009/mikroskopicheskii-khirurg).

Однако с помощью известных систем самоорганизации объектов можно создавать системы наноразмерного диапазона. А о самоорганизации и самопроизвольном движении частиц, видимых невооруженным глазом, информация отсутствует.

Обнаруженный неочевидный эффект самоорганизации и перемещения движущихся объектов из макродисперсных материалов показывает, что при использовании обычной техники в поле зрения прибора попадает лишь часть объектов. Наибольшее же их количество остается вне поля зрения. Неизвестными остаются и направления, по которым перемещаются частицы после самоорганизации, что необходимо для разработки способов управления перемещением. Исправить этот недостаток призвано предлагаемое изобретение.

Известен способ определения количества перемещаемой жидкости поверхностно-активным веществом (патент России №2362141), который выполняют следующим образом. На стол с регулируемым уровнем горизонтальности поверхности укладывают пластину из материала, свойства поверхности которого необходимо исследовать. Для удержания на исследуемой поверхности некоторого слоя жидкости, например, толщиной 0,1-1 мм, на материал наносят окружность из гидрофобного вещества, если жидкость полярная, или гидрофильного вещества, если жидкость или растворы различных веществ, влияние которых необходимо исследовать, не полярные. Затем устанавливают видеокамеру или кинокамеру так, чтобы ограничительная линия и центр ограничивающей фигуры были четко видны в видоискателе и по возможности занимали всю площадь кадра (настройка резкости изображения). После настройки резкости изображения устанавливают линейку с ценой деления 1 мм и фиксируют камерой для последующего масштабирования измерений. Линейку устанавливают перпендикулярно оптической оси объектива, фиксирующей процесс камеры точно по диаметру окружности. После чего линейку убирают. В ограниченную гидрофильным или гидрофобным веществом окружность вносят исследуемую жидкость в количестве, необходимом для создания слоя жидкости, выбранной исследователем толщины. Точно над центром ограничивающей фигуры, например, окружности, устанавливают калиброванный по массе капли и диаметру капилляра наконечник пипетки так, чтобы капля из нее опускалась по возможности точно в центр фигуры. Край наконечника пипетки устанавливают на высоте от 4 до 30 мм. Осветитель рассеянного света с нанесенными на его светящуюся поверхность темными линиями в виде сетки или с установленной на ней (светящейся поверхности) сеткой из непрозрачного материала или сеткой, нанесенной на прозрачный материал, устанавливают так, чтобы отраженное от поверхности исследуемой жидкости изображение сетки в фиксирующей камере было четко видно.

Камеру включают на фиксацию изображения, одновременно для определения объема капли в момент отрыва от капилляра пипетки, включают камеру, фиксирующую в увеличенном масштабе каплю, и каплю раствора ПАВ или исследуемой жидкости вносят в центр окружности. Кадры, зафиксировавшие процесс перемещения жидкости, последовательно изучают, определяя расстояние от центра падения капли до основания «волны перемещения» и в соответствии с масштабом переводят в единицы длины и определяют диаметр капли в момент отрыва от капилляра пипетки. Если необходимо определить или сопоставить свойства ПАВ, можно воспользоваться «стандартной» поверхностью, в качестве которой может быть использована гидрофобная термостойкая пленка или писчая бумага, или бумага с модифицированной поверхностью, например, желатином. При работе с бумагой на нее наносят окружность с необходимым внутренним диаметром из гидрофобной краски, например, раствор гудрона. Ширина линии ограничивающей фигуры 5-6 мм. Бумагу с нанесенной на нее ограничительной фигурой замачивают в растворителе, например в воде в течение определенного времени, например, 10 мин и накладывают на стол или уложенную на него плоскопараллельную пластину (толстое стекло). При этом бумагу расправляют и из-под нее удаляют воздух выдавливанием с помощью стеклянной трубки с закругленными концами, например, пипетки диаметром 10-15 мм или другим приспособлением, например, валиком для прикатывания фотографий для глянцевания. На площадь бумаги, ограниченную нанесенными линиями (окружность, квадрат), наносят исследуемую жидкость в количестве, необходимом для создания слоя толщиной, определяемой условиями опыта. В центр устанавливают наконечник пипетки, включают фиксирующие камеры и вносят в центр ограничительной фигуры каплю раствора испытуемого поверхностно активного вещества (см. патент RU №2362141, МПК G01N 13/00, опубл. 20.07.2009 г., бюл. №20; патент RU №2362979 МПК G01H 9/00, опубл. 27.07.2009 г., бюл. №21).

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа, позволяющего определить направление перемещения самоорганизующихся объектов и определить количество и размер частиц участвующих в самоорганизации и перемещении.

Технический результат изобретения заключается в установлении дальности перемещения движущихся объектов, направлении их перемещения, определении количества и размеров частиц в секторах ограничительной окружности.

Технический результат достигается тем, что в способе определения направления перемещения движущихся объектов от взаимодействия поверхностно-активного вещества со слоем жидкости над дисперсным материалом, согласно изобретению, для оценки указанных параметров используют объект-препарат из бумаги с нанесенной на нее ограничительной линией шириной 5-6 мм в виде окружности с помеченным центром, направлением расположения видеокамеры и разбитой на сектора тонкими линиями окружности из гидрофобного материала, в помеченном центре ограничительной окружности размещают шаблон, в который помещают дисперсный материал, в ограничительную окружность вносят изучаемую жидкость в количестве, обеспечивающем толщину слоя жидкости над изучаемым материалом, подводят его к центру капилляр на высоте 1-6 мм, содержащий поверхностно-активное вещество, включают видеокамеру на фиксирование изменений поверхности, после завершения процесса перемещения самоорганизующихся объектов на поверхности изучаемого материала видеокамеру отключают, пластину с объектом-препаратом и изучаемым материалом внутри шаблона оставляют высыхать, не сливая воду с поверхности объекта-препарата, затем с помощью микроскопа определяют в каждом секторе количество частиц и их размеры возле ограничительной окружности, по которым определяют, в каком направлении объекты преимущественно перемещались и примерный состав движущихся объектов.

Новая совокупность приемов, изложенных в формуле изобретения способа определения направления перемещения движущихся объектов от взаимодействия поверхностно-активного вещества со слоем жидкости над дисперсным материалом, обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в установлении дальности перемещения объектов, определении направления перемещения движущихся объектов по количеству частиц и их размерам в каждом из секторов ограничительной окружности.

Поиск по патентной документации и научно-технической литературе не выявил аналогов, включающих совокупность признаков, сходных или эквивалентных заявляемым отличительным признакам, изложенным в формуле изобретения.

Предлагаемый способ определения направления перемещения движущихся объектов от взаимодействия поверхностно-активного вещества со слоем жидкости над дисперсным материалом поясняется фигурой и фотографиями, где:

на фиг.1 - изображен вид объекта - препарата с изображением секторов, с обозначением центра, с направлением расположения видеокамеры;

на фото 2 - изображен вид частиц возле ограничительной линии, общий вид частиц компаунда «DAKS» против отметки 240°;

на фото 3 - изображен увеличенный вид частиц, выделенных на фото 2 эллипсом;

на фото 4 - приведена движущаяся частица размером более 1 мм, скорость движения частицы 50 мм/сек.

на фото 5 - изображены частицы гранатового песка (фрагмент);

на фото 6 - изображены частицы гранатового песка, внизу видна ограничительная линия объекта - препарата;

на фото 7 - изображен карьерный песок, общий вид;

на фото 8 - изображен карьерный песок (фрагмент), темная полоса вверху - ограничительная линия объекта - препарата;

на фото 9 - изображены частицы кварцита Черемшанского месторождения Бурятии в виде светлых точек, справа внизу темная полоса ограничительная линия объекта - препарата.

Предлагаемый способ определения направления перемещения движущихся объектов от взаимодействия поверхностно-активного вещества со слоем жидкости над дисперсным материалом осуществляют следующим образом.

На бумажный лист стандарта 80 г/см² на принтере фирмы HP печатают ограничительную окружность с изображенными секторами и обозначенным центром, помеченными тонкими линиями, и направлением «взгляда» видеокамеры. Бумажный лист замачивают в жидкости, например, в дистиллированной воде и размещают на плоскопараллельной пластине устройства. Или используют кювету с высотой бортика, не закрывающего площадь, на которой будет происходить перемещение самоорганизующихся объектов, и имеющей пометки секторов и направление «взгляда» камеры. В центре ограничительной окружности на бумажном листе или кюветы размещают шаблон, в который помещают дисперсный материал. Шаблон с известными геометрическими параметрами для вычисления его объема создает слой исследуемого материала. В ограничительную окружность или кювету вносят изучаемую жидкость в количестве, обеспечивающем заданную исследователем толщину слоя жидкости над изучаемым объектом. Край капилляра, например, стеклянного или металлического, устанавливают на высоте 1-6 мм от поверхности изучаемого объекта-препарата. Заполняют капилляр изучаемым поверхностно-активным веществом обмакиванием. Выдерживают капилляр 5-10 мин для испарения поверхностно-активного вещества с поверхности капилляра. Включают видеокамеру на фиксирование изменений поверхности и подводят к центру изучаемого материала капилляр, содержащий поверхностно-активное вещество. Работу видеокамеры продолжают до тех пор, пока не закончится процесс перемещения самоорганизующихся объектов. Пластину с объектом-препаратом и исследованными материалами внутри шаблона оставляют высыхать, не сливая воду с поверхности объекта-препарата. Затем с помощью микроскопа определяют в каждом секторе количество частиц и их размеры. По этим показателям судят о том, в каком направлении объекты перемещались и примерный состав движущихся объектов по количеству частиц и их размеру. При использовании обычного объекта-препарата без разбития окружности на сектора перед определением используют прозрачный шаблон с секторами или делают на объекте-препарате отметки, спроектировав их с шаблона.

Примеры, подтверждающие конкретное выполнение способа определения направления перемещения движущихся объектов от взаимодействия поверхностно-активного вещества со слоем жидкости над дисперсным материалом.

Пример 1

Для примера используют в качестве дисперсного материала мелкие шарики, полученные искусственным путем - циркониевая керамика, покрытая политетрафторэтиленом, - компаунд «DAKS» с размером шариков 0,3-0,04 мм.

На бумажный лист стандарта 80 г/см² на принтере фирмы HP печатают ограничительную окружность с изображенными секторами и обозначенным центром, помеченными тонкими линиями, и направлением «взгляда» видеокамеры. Бумажный лист замачивают в жидкости, например, в дистиллированной воде и размещают на плоскопараллельной пластине устройства. Или используют кювету с высотой бортика, не закрывающего площадь, на которой будет происходить перемещение самоорганизующихся объектов, и имеющей пометки секторов, центра и направление «взгляда» видеокамеры. В центре ограничительной окружности на бумажном листе или кюветы размещают шаблон, в который помещают дисперсный материал - компаунд «DAKS». Шаблон с известными геометрическими параметрами для вычисления его объема создает слой исследуемого материала. В ограничительную окружность или кювету вносят изучаемую жидкость в количестве, обеспечивающем заданную исследователем толщину слоя жидкости над изучаемым объектом. Край капилляра, например, стеклянного или металлического, устанавливают на высоте 1-6 мм от поверхности изучаемого объекта. Заполняют капилляр изучаемым поверхностно-активным веществом обмакиванием. Выдерживают капилляр 5-10 мин для испарения поверхностно-активного вещества с поверхности капилляра.

Включают видеокамеру или кинокамеру на фиксирование изменений поверхности и подводят к центру изучаемого материала капилляр, содержащий поверхностно-активное вещество. Работу видеокамеры продолжают до тех пор, пока не закончится процесс перемещения самоорганизующихся объектов. Пластину с объектом-препаратом и исследованными материалами внутри шаблона оставляют высыхать, не сливая воду с поверхности объекта-препарата. Затем с помощью микроскопа определяют в каждом секторе количество частиц и их размеры. По этим показателям судят о том, в каком направлении объекты перемещались и примерный состав движущихся объектов по количеству частиц и их размеру. При использовании обычного объекта препарата без разбития окружности на сектора перед определением используют прозрачный шаблон с секторами или делают на объекте-препарате отметки, спроектировав их с шаблона. На фото 2 и 3 представлены частицы компаунда «DAKS» переместившиеся от центра к ограничительной линии объекта-препарата против отметки 240°. Радиус внутренней части объекта-препарата 82 мм.

Пример 2

Для примера используют в качестве дисперсного материала гранатовый песок с размером частиц 0,27-0,11. На бумажный лист стандарта 80 г/см² на принтере фирмы HP печатают ограничительную окружность с изображенными секторами и обозначенным центром, помеченными тонкими линиями, и направлением «взгляда» видеокамеры. Бумажный лист замачивают в жидкости, например, в дистиллированной воде и размещают на плоскопараллельной пластине устройства. Или используют кювету с высотой бортика, не закрывающего площадь, на которой будет происходить перемещение самоорганизующихся объектов, и имеющей пометки секторов, центра и направление «взгляда» видеокамеры. В центре ограничительной окружности на бумажном листе или кюветы размещают шаблон, в который помещают дисперсный материал - гранатовый песок. Шаблон с известными геометрическими параметрами для вычисления его объема создает слой исследуемого материала. В ограничительную окружность или кювету вносят изучаемую жидкость в количестве, обеспечивающем заданную исследователем толщину слоя жидкости над изучаемым объектом. Край капилляра, например, стеклянного или металлического, устанавливают на высоте 1-6 мм от поверхности изучаемого объекта. Заполняют капилляр изучаемым поверхностно-активным веществом обмакиванием. Выдерживают капилляр 5-10 мин для испарения поверхностно-активного вещества с поверхности капилляра. Включают видеокамеру или кинокамеру на фиксирование изменений поверхности и подводят к центру изучаемого материала капилляр, содержащий поверхностно-активное вещество. Работу видеокамеры продолжают до тех пор, пока не закончится процесс перемещения самоорганизующихся объектов. Пластину с объектом-препаратом и исследованными материалами внутри шаблона оставляют высыхать, не сливая воду с поверхности объекта-препарата. Затем с помощью микроскопа определяют в каждом секторе количество частиц и их размеры. По этим показателям судят о том, в каком направлении объекты перемещались и примерный состав движущихся объектов по количеству частиц и их размеру. При использовании обычного объекта-препарата без разбития окружности на сектора перед определением, используют прозрачный шаблон с секторами или делают на объекте препарате отметки, спроектировав их с шаблона. На фото 5 и 6 представлены частицы гранатового песка, переместившиеся от центра к ограничительной линии объекта-препарата в секторе 0-10°. Радиус внутренней части объекта-препарата 82 мм.

Пример 3

Для примера используют в качестве дисперсного материала песок карьерный с размером частиц 0,20-0,05. На бумажный лист стандарта 80 г/см² на принтере фирмы HP печатают ограничительную окружность с изображенными секторами и обозначенным центром, помеченными тонкими линиями, и направлением «взгляда» видеокамеры. Бумажный лист замачивают в жидкости, например, в дистиллированной воде и размещают на плоскопараллельной пластине устройства. Или используют кювету с высотой бортика, не закрывающего площадь, на которой будет происходить перемещение самоорганизующихся объектов, и имеющей пометки секторов, центра и направление «взгляда» видеокамеры. В центре ограничительной окружности на бумажном листе или кюветы размещают шаблон, в который помещают дисперсный материал - песок карьерный. Шаблон с известными геометрическими параметрами для вычисления его объема создает слой исследуемого материала. В ограничительную окружность или кювету вносят изучаемую жидкость в количестве, обеспечивающем заданную исследователем толщину слоя жидкости над изучаемым объектом. Край капилляра, например, стеклянного или металлического, устанавливают на высоте 1-6 мм от поверхности изучаемого объекта. Заполняют капилляр изучаемым поверхностно-активным веществом обмакиванием. Выдерживают капилляр 5-10 мин для испарения поверхностно-активного вещества с поверхности капилляра. Включают видеокамеру или кинокамеру на фиксирование изменений поверхности и подводят к центру изучаемого материала капилляр, содержащий поверхностно-активное вещество. Работу видеокамеры продолжают до тех пор, пока не закончится процесс перемещения самоорганизующихся объектов. Пластину с объектом-препаратом и исследованными материалами внутри шаблона оставляют высыхать, не сливая воду с поверхности объекта-препарата. Затем с помощью микроскопа определяют в каждом секторе количество частиц и их размеры. По этим показателям судят о том, в каком направлении объекты перемещались и примерный состав движущихся объектов по количеству частиц и их размеру. При использовании обычного объекта-препарата без разбития окружности на сектора перед определением используют прозрачный шаблон с секторами или делают на объекте-препарате отметки, спроектировав их с шаблона. На фото 7 и 8 представлены частицы карьерного песка, переместившиеся от центра к ограничительной линии объекта-препарата в направлении сектора 160-170°. Радиус внутренней части объекта препарата 82 мм.

Пример 4

Для примера используют в качестве дисперсного материала кварцит Черемшанского месторождения Бурятии с размером частиц 0,21-0,01 мм. На бумажный лист стандарта 80 г/см² на принтере фирмы HP печатают ограничительную окружность с изображенными секторами и обозначенным центром, помеченными тонкими линиями, и направлением «взгляда» видеокамеры. Бумажный лист замачивают в жидкости, например, в дистиллированной воде и размещают на плоскопараллельной пластине устройства. Или используют кювету с высотой бортика, не закрывающего площадь, на которой будет происходить перемещение самоорганизующихся объектов, и имеющей пометки секторов, центра и направление «взгляда» видеокамеры. В центре ограничительной окружности на бумажном листе или кюветы размещают шаблон, в который помещают дисперсный материал - кварцит Черемшанского месторождения Бурятии. Шаблон с известными геометрическими параметрами для вычисления его объема создает слой исследуемого материала. В ограничительную окружность или кювету вносят изучаемую жидкость в количестве, обеспечивающем заданную исследователем толщину слоя жидкости над изучаемым объектом. Край капилляра, например, стеклянного или металлического, устанавливают на высоте 1-6 мм от поверхности изучаемого объекта. Заполняют капилляр изучаемым поверхностно-активным веществом обмакиванием. Выдерживают капилляр 5-10 мин для испарения поверхностно-активного вещества с поверхности капилляра. Включают видеокамеру или кинокамеру на фиксирование изменений поверхности и подводят к центру изучаемого материала капилляр, содержащий поверхностно-активное вещество. Работу видеокамеры продолжают до тех пор, пока не закончится процесс перемещения самоорганизующихся объектов. Пластину с объектом-препаратом и исследованными материалами внутри шаблона оставляют высыхать, не сливая воду с поверхности объекта-препарата. Затем с помощью микроскопа определяют в каждом секторе количество частиц и их размеры. По этим показателям судят о том, в каком направлении объекты перемещались и примерный состав движущихся объектов по количеству частиц и их размеру. При использовании обычного объекта-препарата без разбития окружности на сектора перед определением используют прозрачный шаблон с секторами или делают на объекте-препарате отметки, спроектировав их с шаблона. На фото 9 представлены частицы кварцита Черемшанского месторождения Бурятии, переместившиеся от центра к ограничительной линии объекта-препарата в секторе 90-100°. Радиус внутренней части объекта препарата 82 мм.

Из приведенных примеров видно, что используя предлагаемый способ определения направления перемещения движущихся объектов от взаимодействия поверхностно-активного вещества со слоем жидкости над дисперсным материалом можно определить преимущественное направление перемещения по количеству частиц в секторах и оценить размер частиц.

Это позволит исследовать материалы и определять преимущественные направления перемещения частиц с целью создания способов управления движением и получения более сложных объектов, то есть выполнять конструирование.

Следовательно, приведенный выше результат эксперимента позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «промышленная применимость».

Способ определения направления перемещения движущихся объектов от взаимодействия поверхностно-активного вещества со слоем жидкости над дисперсным материалом, характеризующийся тем, что для оценки указанных параметров используют объект-препарат из бумаги с нанесенной на нее ограничительной линией шириной 5-6 мм в виде окружности с помеченным центром, направлением расположения видеокамеры и разбитой на сектора тонкими линиями окружности из гидрофобного материала, в помеченном центре ограничительной окружности размещают шаблон, в который помещают дисперсный материал, в ограничительную окружность вносят изучаемую жидкость в количестве, обеспечивающем толщину слоя жидкости над изучаемым материалом, подводят его к центру капилляр на высоте 1-6 мм, содержащий поверхностно-активное вещество, включают видеокамеру на фиксирование изменений поверхности, после завершения процесса перемещения самоорганизующихся объектов на поверхности изучаемого материала видеокамеру отключают, пластину с объектом-препаратом и изучаемым материалом внутри шаблона оставляют высыхать, не сливая воду с поверхности объекта-препарата, затем с помощью микроскопа определяют в каждом секторе количество частиц и их размеры возле ограничительной окружности, по которым определяют, в каком направлении объекты преимущественно перемещались и примерный состав движущихся объектов.