Цифровая обработка изображений для исследования процессов роста нанопористых анодных пленок
ВВЕДЕНИЕ
Анодный оксид алюминия (АОА) с упорядоченным сотовым расположением пор является одним из наиболее изученных мембранных материалов. В последние десятилетия были приложены большие усилия, чтобы выяснить его внутреннюю связь между морфологической структурой и условиями анодирования.
В настоящее время «имиджинговые» технологии широко вошли в практику научных исследований, однако анализ, особенно количественный, и интерпретация данных визуализации представляют сложную задачу не только для начинающих, но и опытных исследователей. Пакет программ ImageJ (Национальный институт здоровья, США) является универсальным стандартом средств анализа и обработки цифровых изображений во всем мире из-за свободного распространения, открытого кода и хорошей технической поддержке. Дистрибутивы ImageJ находятся в свободном доступе. Возможности ImageJ можно расширить с помощью многочисленных плагинов − специализированных программных компонентов
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 5
1 Обоснование, выбор и описание цифровой обработки изображений 6
1.2 Масштабирование и аннотация изображений в программе ImageJ 9
1.3 Предобработка изображений в программе ImageJ 13
1.4 Анализ изображений в программе ImageJ 17
1.5 Механизмы образования нанопористого анодного оксида алюминия 25
2 Описание методики обработки изображений в программе ImageJ 31
3 Получение пленок пористых анодных оксидов и цифровая обработка их изображений 42
3.1 Методика получения пленок пористого анодного оксида алюминия 42
3.2 Исследование структуры и состава пленок с помощью сканирующей электронной микроскопии 43
3.3 Исследование влияния режимов анодирования на формирование нанопористой структуры оксида алюминия 46
4 Технико-экономическое обоснование исследования нанопористого анодного оксида алюминия 54
4.1 Характеристика научно-исследовательской работы 54
4.2 Составление плана на проведение научно-исследовательской работы 55
4.3 Расчёт затрат на научно-исследовательскую работу 59
4.4 Расчёт уровня (качества) научно-технического результата 62
Заключение 66
Список используемых источников 67
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
[1] ImageJ [Электронный ресурс]. – Режим доступа : https://imagej.nih.gov/.
[2] Lee, W. Porous anodic aluminum oxide: anodization and templated synthesis of functional nanostructures / W. Lee, S. J. Park // Chemical Reviews. – 2014. – Vol. 114. – 7487 p.
[3] Parkhutik, V. P. Theoretical modelling of porous oxide growth on aluminium / V. P. Parkhutik, V. I. Shershulsky, J. Phys. D // Appl. Phys. – 1992. – Vol. 25. – 1258 p.
[4] Li, Y. Investigation of intrinsic mechanisms of aluminium anodization processes by analyzing the current density / Y. Li, Z. Y. Ling, X. Hu // RSC Adv. – 2012. – Vol. 2. – 5164 p.
[5] O’Sullivan, J. P. Morphology and mechanism of formation of porous anodic films on aluminum / J. P. O’Sullivan, G. C. Wood // Series A : Mathematical, Physical and Engineering Sciences. – 1970. – Vol. 317. – 511 p.
[6] Li, F. On the Growth of Highly Ordered Pores in Anodized Aluminum Oxide / F. Li, L. Zhang, R.M. Metzger // Chem. Mater. – 1998 – Vol. 10. – 2470 p.
[7] Cherki, C. Study by Nuclear Microanalysis and O18 Tracer Techniques of the Oxygen Transport Processes and the Growth Laws for Porous Anodic Oxide Layers on Aluminum / C. Cherki, J. Siejka, J. // Journal of the Electrochemical Society. – 1973. – Vol. 120. – 784 p.
[8] Siejka, J. An O18 Study of Field‐Assisted Pore Formation in Compact Anodic Oxide Films on Aluminum / J. Siejka, C. Ortega, J. // Journal of the Electrochemical Society. – 1977. - Vol. 124. – 883 p.
[9] Diggle, J. W. Anodic oxide films on aluminum / J. W. Diggle, T. C. Downie, C.W. Goulding // Chemical Reviews. – 1969. – Vol. 69. – P. 365-405.
[10] Masuda, H. Ordered Metal Nanohole Arrays Made by a Two-Step Replication of Honeycomb Structures of Anodic Alumina / H. Masuda, K. Fukuda // Science. – 1995. – Vol. 268. - 1466 p.
[11] Masuda, H. Highly ordered nanochannel-array architecture in anodic alumina / H. Masuda, H. Yamada, M. Satoh // Applied Physics Letters. – 1997. – Vol. 71, №10. - P. 2770 - 2772.
[12] Lee, R. Fast fabrication of long-range ordered porous alumina membranes by hard anodization / W. Lee [et al.] // Nature Materials – 2006. - Vol. 5. - 741 p.
[13] Nielsch, K. Self-ordering Regimes of Porous Alumina: The 10 Porosity Rule / K. Nielsch, J. Choy, K. Schwirn // Nano Letters – 2002. - Vol. 2, №7. – 677 p.
[14] Thompson, G. E. Porous anodic film formation on aluminium / G. E. Thompson, G. C. Wood // Nature. – 1981. - Vol. 290. - 230 p.
[15] Le Coz, F. Chemical analysis of a single basic cell of porous anodic aluminium oxide templates / F. Le Coz, L. Arurault, L. Data // Mater. Charact. – 2010. - Vol. 61. - 283 p.
[16] Петухов, Д. И. Пористые анодные оксиды алюминия и титана: структура, свойства, синтез: учебное пособие / Д. И. Петухов, Р. Г. Валеев, С. М. Решетников. – Ижевск: Издательский центр «Удмуртский университет», 2018. – 122 с.
[17] Экономика решений: Методические указания по экономическомуобоснованию дипломных проектов / В.Г. Горовой [и др.]. – Минск: БГУИР, 2021. – 107 с.
Самому низкому уровню результата присвоен балл, равный 1. Чем выше качество результата по критерию, тем выше балл.
Максимально возможное значение комплексного коэффициента качества (достигнутого уровня результата дипломного проекта), взвешенного по всем учитываемым критериям, равно 5, а в общем случае равно К_к меньше или равно 5). Чем ближе значение К_к к 5, тем выше научная (научно-техническая) результативность дипломного проекта. Если К_к больше или равен 3, то можно считать, что полученные в дипломном проекте результаты соответствуют современным требованиям. Если К_к меньше или равен 3, то можно считать, что выполненный дипломный проект не удовлетворяет по уровню качества разработок современным требованиям.
Исходя из выше перечисленного, была проведена ранжировка показателей: точности (V_1) была присвоенная степень важности равной 1, доказательности (V_2) – 0,8, значимости (V_3) – 0,6, объективности (V_4) – 0,4, новизне (V_5) – 0,2.
Была проведена проверка, является ли признак-критерий с оценкой 1 (точность) более важным, чем комбинация остальных признаков-критериев. В результате чего точности было присвоено значение 2,1 так, как этот показатель является более важным чем сумма остальных рассчитанных по формуле (5.5):