Определение погрешности передачи размера единицы длины при измерении диаметра наночастиц с помощью анализатора дифференциальной электрической подвижности частиц

Качество наноматериалов и нанотехнологий во многом определяется стабильностью применяемых технологий, которые в значительной степени зависят от постоянства размеров частиц. В связи с этим возникают метрологические задачи, связанные как собственно с измерением размеров микроструктуры аэрозолей, суспензий и порошков, так и с обеспечением единства измерений при передаче единицы физической величины от эталонного к рабочим средствам измерений. Целью данной работы являлось определение и расчёт погрешности передачи размера единицы длины при измерении диаметра наночастиц.

В качестве эталонного средства измерения, для которого производился расчёт, был определён анализатор дифференциальной электрической подвижности частиц. Он позволяет разделять частицы аэрозоля на основе зависимости их электрической подвижности от размера частиц. В комбинации с конденсационным счётчиком частиц позволяет сканировать аэрозоль и строить функцию распределения частиц по размерам. Данный метод измерения является самым точным в области измерения диаметров частиц в аэрозолях, поэтому погрешность передачи размера частиц необходимо установить как для эталона.

В работе описаны физические принципы измерения данным методом и представлено уравнение для определения диаметра наночастиц. На основании данного уравнения были определены источники неисключённой систематической погрешности. Также экспериментальным методом определена случайная составляющая погрешности измерения наночастиц и рассчитана погрешность передачи размера единицы длины при измерении диаметра наночастиц.

Полученные результаты будут использованы для метрологического обеспечения стандартных образцов размера частиц, обеспечения прослеживаемости измерений счётчиков аэрозольных частиц и для исследований аэрозолей.

1. Lux Research. Sizing Nanotechnology's Value Chain, 2004.

2. Gleiter H. Nanostructured materials: basicconsepts and microstructure. Actamater, 2000, vol. 48, pp. 1–29. DOI: 10.1016/S1359-6454(99)00285-2

3. Alymov M.I. Mechanical properties of nanocrystalline materials. Moscow: MIFI Publ., 2004, 32 p. DOI: 10.17277/amt.2017.02pp.010-018

4. Glezer A.M. Amorphous and nanocrystalline structures: similarities, differences, mutual transitions. Russian Chemical Journal, 2002, vol. XVLI, no. 5, pp. 57–63. DOI: 10.1134/S1087659612010038

5. Poole Ch., Owens F. Nanotechnology. Publishing house 5th. Moscow: Tekhnosfera Publ., 2010, 336 p.

6. NNI (National Nanotechnology Initiative) 2011, Environmental, Health, and Safety Strategy.

7. Tigges L., Wiedensohler A., Weinhold K., Gandhi J., Schmid H.-J. Bipolar charge distribution of a soft X-ray diffusion charger. J. Aerosol Sci., 2015, vol. 90, pp. 77–86. DOI: 10.1016/J.JAEROSCI.2015.07.002

8. Kim J.H., Mulholland G.W., Kukuck S.R., Pui D.Y.H. Slip Correction Measurements of Certified PSL Nanoparticles Using a Nanometer Differential Mobility Analyzer (Nano-DMA) for Knudsen Number From 0.5 to 83. J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol., 2005, vol. 110, pp. 31–54. DOI: 10.6028/jres.110.005

9. ISO 15900:2020 Determination of particle size distribution – Differential electrical mobility analysis for aerosol particles.