IV конференция «ТРИЗ. Практика применения методических инструментов»
Заполнение биоморфного окисленного карбида кремния тяжелым металлом (свинцом)
Рыженков Антон Владимирович, м.н.с. ИФТТ РАН
Пористый биоморфный карбид кремния, полученный из древесины – перспективный материал для создания суперконденсаторов и преобразователей рентгеновского и гамма-излучения в электричество. Для этого его нужно окислить, создав на поверхности слой из оксида кремния (изолятор, обкладка конденсатора), а затем ввести тяжелый металл, например, свинец. Проблема в том, что расплавленный тяжелый металл плохо смачивает оксид кремния. Заталкивать его нужно под давлением, но собранные схемы приводят к тому, что образец карбида кремния всплывает на поверхность металла и оказывается не полностью погруженным.
Компоненты системы: пористый биоморфный карбид кремния, тонкий слой диоксида кремния на поверхности, свинец.
Техническое противоречие 1: свинец необходимо поместить внутрь пор биоморфного карбида кремния, но поместить его не удается из-за того, что расплавленный свинец сам собой не затекает в поры окисленной керамики. Свинец оказывается слишком вязким, не смачивает оксид кремния на поверхности карбида кремния.
Техническое противоречие 2: увеличение давления на расплавленный свинец может привести к заполнению пор, свинец будет затекать в поры под действием внешних сил. Однако карбид кремния легче свинца и всплывает на его поверхность, небольшая часть его остается открытой, давление механической нагружающей системы часто приводит к растрескиванию и разрушению образца окисленного биоморфного карбида кремния.
Техническое противоречие 3: расплавленный свинец очень хорошо смачивает карбид кремния, однако удаление слоя оксида кремния приведет к прямому контакту карбида кремния и свинца, между свинцом и карбидом кремния станет возможной электрическая проводимость. Это сделает создание конденсатора на основе карбида кремния невозможным.
Графические схемы взаимодействий.
Рис. 1. Схема конфликта при взаимодействии расплавленного свинца и биоморфного карбида кремния. Пунктирная стрелка показывает очень слабое смачивание поверхности расплавленным свинцом. «Т» - теплота, «Pb» - металлический свинец, SiC(ox.) – окисленный карбид кремния.
Рис 2. Модель конфликтующей пары в системе «расплавленный свинец - окисленный карбид кремния» согласно АРИЗ-85в.
Рис. 3. Схема веполя в системе «расплавленный свинец – окисленный карбид кремния». «Т» - теплота, «Pb» - металлический свинец, SiC(ox.) – окисленный карбид кремния.
Разрушение оксидной пленки следует исключить, так как главная задача – создать конденсатор, разрушение образца карбида кремния также делает создание конденсатора невозможным. Выбираем противоречие 1.
Идеальный конечный результат: расплавленный свинец сам заполняет поры понруженного в него биоморфного карбида кремния.
Усиление конфликта. (Условно примем что свинец не слабо смачивает слой оксида кремния на поверхности карбида кремния, а вообще не смачивает его. Будем (условно?) считать, что карбид кремния абсолютно не смачивается свинцом. Полученное физическое противоречие: карбид кремния абсолютно не смачивается свинцом и должен смачиваться свинцом, чтобы свинец мог заполнить поры.
Графическая схема – недостроенный веполь. Необходимо ввести новый элемент - вещество которое будет взаимодействовать и со свинцом, и с карбидом кремния.
Используем стандарт разрешение физических противоречий. Наиболее приемлемым представляется принцип 11 стандарта разрешения физических противоречий алгоритма АРИЗ-85В (Физико-химический переход: возникновение-исчезновение вещества за счет разложения-соединения, ионизации-рекомбинации).
Предлагаемое решение: Использовать легкорастворимую в воде соль свинца, которая разлагается при нагревании с образованием металлического свинца. Такой солью является ацетат свинца (II) или «свинцовый сахар», плавящийся и разлагающийся при нагревании свыше 280 С. Тригидрат ацетата свинца и декагидрат ацетата свинца плавятся при 75 С и 22 С соответственно. Массовая доля свинца в безводном ацетате свинца – 73,5 %, тригидрате – 65,6 %, декагидрате – 52,4 %. При разложении гидратов происходит дегидратация с образованием безводной соли Использовать предпочтительно безводную соль. При этом растворитель должен хорошо смачивать оксид кремния. Таким растворителем является вода или этиловый спирт. Вода – более дешевый и доступный ресурс. В спиртовых растворах худшая чем у воды растворимость ацетат свинца не компенсируется более легким испарением этанола. Гидраты ацетата свинца нерастворимы в спиртах, растворим только безводный ацетат свинца. Предложен для разрешения ФП химический эффект: терморазложение соли с восстановлением катиона металла при изоляции от воздуха.
Предлагаемое решение: заполнение пор биоморфного карбида кремния со слоем оксида кремния на поверхности можно осуществлять путём заполнение пор раствором или расплавом «свинцового сахара» с последующим его термическим разложением нагреванием выше 280°С. Воздух не мешает разложению ацетата свинца, однако кислород воздуха может окислить образующиеся микрокристаллы свинца
Анализ решения:
Растворимость безводного «свинцового сахара» в воде составляет: 29,3 (10°С), 55,2 (25°С), 221,0 (50°С) г/100 мл. Безводный «свинцовый сахар» плавится при 280 С и содержит в расплавленном состоянии больше свинца, чем его концентрированный горячий раствор, однако при плавлении происходит частичная возгонка и начинается разложение с образованием свинца, углекислого газа, воды и ацетона. «Свинцовый сахар» при высушивании заполнившего поры раствора может неравномерно распределиться внутри пор, что приведет к наличию пустот при его разложении. Эти пустоты могут привести к снижению емкости конденсатора.
При анализе решения основной задачи возникла новая задача: равномерно заполнить поры свинцом при разложении расплавленного «свинцового сахара» или заполнить поры горячим концентрированным раствором ацетата свинца и выпарить воду.
Техническое противоречие 1: «Свинцовый сахар» должен быть расплавленным, чтобы заполнять поры карбида кремния, но расплавление приводит к возгонке токсичных паров и началу разложения, что может привести к закупорке пор и неполному заполнению их свинцом.
Техническое противоречие 2: Выпаривание раствора «свинцового сахара» может привести к появлению пустот в порах, что приведет к снижению эффективности конденсатора.
Техническое противоречие 3: если не расплавлять «свинцовый сахар» то невозможно использовать его для заполнения пор без растворителя.
Техническое противоречие 4: Если не использовать горячую воду для растворения «свинцового сахара», то снизится количество вещества, заполняющего поры.
худшая чем у воды растворимость не компенсируется более легким испарением этанола. Гидраты ацетата свинца нерастворимы в спиртах, растворим только безводный ацетат свинца.
Графические схемы:
Рис. 4. Схема конфликта при расплавлении тригидрата ацетата свинца (свинцового сахара). «Т» - теплота, «Pb(Ac)» – тригидрат ацетата свинца (II) («свинцовый сахар»).
Рис. 5. Модель конфликтующей пары в системе «свинцовый сахар – исходящая от нагревательного элемента теплота» согласно АРИЗ-85в.
Рис. 6. Схема веполя в системе «свинцовый сахар – окисленный карбид кремния».
ТП1 - «теплота» действует положительно на «свинцовый сахар», расплавляя его и делая способным проникать в поры, и отрицательно одновременно, вызывая его преждевременное разложение, возгонку токсичных продуктов, неполное заполнение пор.
ТП2 – «теплота» действует положительно, удаляя воду из водного раствора, что приводит к заполнению пор кристаллическим «свинцовым сахаром», и отрицательно, вызывая неравномерное заполнение пор при выпаривании.
ТП3 – отсутствие теплоты приводит к недостроенному веполю, отсутствию взаимодействия пор и «свинцового сахара».
ТП4 – «холодная вода» растворяет меньше «свинцового сахара», его количество в порах уменьшается.
Идеальный конечный результат: «свинцовый сахар» САМ равномерно заполняет поры.
Наилучшее осуществление главного процесса возможно при схеме 2: нет потерь вещества.
Усиление конфликта: свинцовый сахар не плавится и не проникает в поры, теплота для его расплавления отсутствует.
Применяем принцип разрешения физического противоречия №2: разделение противоречивых свойств во времени. Также применяем принцип 7: фазовый переход – охлаждение вызовет затвердевание ацетата свинца и полную остановку реакции разложения. После расплавления свинцового сахара и заполнения пор подачу теплоты прекращают, процесс разложения останавливается, для полной остановки можно охладить образец.
Решение: для заполнения пор свинцовым сахаром следует прекратить подачу теплоты сразу же при заполнении пор, при этом карбид кремния можно поместить в расплав ацетата свинца и быстро его вынуть оттуда, при необходимости охладить в струе холодного воздуха.
Анализ решения: Равномерно заполнивший поры ацетат свинца необходимо разложить для образования свинца. Постепенное нагревание снова приведет к плавлению, вытеканию, неравномерному заполнению.
Техническое противоречие 1: Необходимо нагревать ацетат свинца для его разложения и образования металлического свинца, однако нагревание может привести к вытеканию ацетата свинца из пор и неравномерному их заполнению.
Техническое противоречие 2: Если заполнивший поры ацетат свинца не подвергать термическому разложению, то невозможно получить металлический свинец, необходимый для создания конденсатора.
Графические схемы взаимодействия:
Рис. 7.Схема конфликта в системе «расплавленный свинцовый сахар в порах карбида кремния– теплота от нагревательного элемента». «Т» - теплота, «Pb(Ac)» – расплавленный свинцовый сахар.
Рис. 8. Модель конфликтующей пары в системе «расплавленный свинцовый сахар в порах карбида кремния – теплота от нагревательного элемента» согласно АРИЗ-85в.
Рис. 9.Схема веполя в системе «расплаленный свинцовый сахар в порах карбида кремния– теплота от нагревательного элемента».
ТП-1 «Теплота» вредно действует на «ацетат свинца», вызывая его вытекание и нарушая равномерное заполнение пор биоморфного окисленного карбида кремния. Одновременно «теплота» действует полезно, вызывая образование металлического свинца.
Рис. 10. Схема конфликта в системе «застывший в порах свинцовый сахар – теплота от нагревательного элемента».
Рис. 11. Модель конфликтующей пары в системе «застывший в порах свинцовый сахар – теплота от нагревательного элемента» согласно АРИЗ-85в.
Рис. 12. Схема веполя в системе «застывший в порах свинцовый сахар – теплота от нагревательного элемента – образующийся в порах при разложении свинцового сахара свинец».
ТП-2. «Ацетат свинца» не превращается в «свинец», а должен в него превращаться.
Идеальный конечный результат: ацетат свинца разлагается САМ внутри пор, при этом не вытекая из них.
Главный процесс – равномерное заполнение пор свинцом – проще осуществить по схеме разрешения ТП2.
Усиление противоречия: Заполнивший поры карбида кремния ацетат свинца не разлагается и не образует металлический свинец.
Физическое противоречие не удается устранить с помощью стандартов без разрушения системы. Возвращаемся к техническому противоречию.
Используем приёмы разрешения технических противоречий: При попытке увеличить количество вещества свинца в порах возрастут его возможные потери из-за вытекания разлагающегося ацетата свинца. Принцип 24 - принцип «Посредника» - подходит больше всего: а) использовать промежуточный объект передающий или переносящий действие, б) На время присоединить к объекту другой, легкоудаляемый объект.
Легкоудаляемый объект – ацетат свинца, разлагающийся при нагревании. Передающим теплоту объектом может быть расплавленный свинец. Расплав свинца имеет температуру не меньше 327,5°С. При такой температуре уже происходит разложение ацетата свинца. Погружение ацетат свинца в жидкий свинец препятствует его возгонке и образованию токсичных паров, защищает образующие в ходе разложения микрокристаллы свинца от окисления кислородом воздуха.
Свинец смачивает образующиеся в порах кристаллы свинца и заполняет поры сам.
Предложение: расплавить ацетат свинца , погрузить в него заготовку карбида кремния ,охладить на воздухе или в потоке воздуха, погрузить подготовленную заготовку в расплавленный свинец, если температуру достаточно высока (выше 500ºС) , то разложение происходит достаточно быстро , чтобы ацетат свинца не успел вытечь, давление жидкости расплавленного металла препятствует вытеканию. Однако заполнение пор может быть не полным. В этом случае повторить заполнение ацетатом свинца, погрузить в расплавленный свинец – происходит разложение ацетата свинца и заполнение пор за счет смачивания микрокристаллов свинца расплавленным свинцом.
Анализ решения:
Проверку решения проводим в соответствии с частью 7 АРИЗ-85в.
Шаг 7.1. Для решения задачи используется саморегулируемое вещество – тригидрат ацетата свинца («свинцовый сахар»). Введение вещества-посредника передачи теплоты – расплавленного свинца повышает безопасность процесса и улучшает . Введение расплавленного свинца необходимо и полезно как источник тепла и улучшение безопасности (пары свинца менее токсичны чем пары ацетата свинца), не несет избыточной функции.
Шаг 7.2.
а) Решение обеспечивает выполнение главного требования ИКР-1: Свинец САМ заполняет поры биоморфного карбида кремния.
б) Устранено физическое противоречие: расплавленный свинец не смачивает окисленную поверхность биоморфного карбида кремния и должен её смачивать.
в) Система содержит хорошо управляемый элемент – разлагающийся при нагревании свинцовый сахар. Скорость разложения можно менять, изменяя температуру расплавленного свинца. Расплавленный свинец – хорошо управляемый элемент. Его вязкость и, следовательно, способность проникать в поры зависят от температуры. При нагревании вязкость снижается, способность проникать в поры увеличивается.
г) расплавленный свинец расходуется незначительно, нагревание ацетата свинца проходит прерывно. Расход веществ ограничен, что позволяет проводить множество циклов получения заполненного свинцом биоморфного карбида кремния до полного расхода одного из веществ.
Итоговое решение.
Заполнить поры биоморфного карбида кремния можно расплавленным ацетатом свинца, после расплавления и заполнения пор образец карбида кремния быстро охладить и немедленно погрузить в расплавленный свинец.
Системный оператор для задачи:
|
Прошлое |
Настоящее |
Будущее |
Надсистема |
Изготовление конденсатора соединения свинцовой фольги и пластинки карбида кремния с окисленной поверхностью за счет адгезии свинца (приклеивания при нагревании) |
Заполнение пор биоморфного карбида кремния свинцом с использованим саморегулирующегося вещества и расплавленного свинца. |
Сборка конденсатора с использованием проводящей проволоки из множества заполненныз свинцом заготовок окисленного биоморфного карбида кремния. |
Система |
Пластина карбида кремния и пластинка свинца |
Пористый биоморфный карбид кремния с окисленной поверхностью и порами, заполненными свинцом – |
Заполненные свинцом заготовки биоморфного окисленного карбида кремния, соединенные параллельно в систему конденсаторов. |
Подсистема |
Свинцовая фольга, электрическая нагревательная панель, пластинка поликристаллического карбида кремния |
Биоморфный карбид кремния с неокисленной поверхность, металлический свинец, тигель, муфельная печь, газовая горелка |
Заполненный свинцом биоморфный окисленный карбид кремния, металлическая проволока или пластинки из металла хорошего проводника (например меди), припой, паяльное устройство. |
Поиск похожих решений среди патентов.
По результатом патентного поиска установлено, что имеется описание в базе данных Бюро США по патентам и товарным знакам.
Разложение ацетата свинца при нагревании используется для улучшения смачиваемости электрода в твердотельной электрохимической ячейки, электролитом в которой служит оксид алюминия.
Номер патента: 4348468
Заявлен: 17 дек. 1980. Выдан: 7 сен. 1982.
Авторы изобретения: Michael L. Wright
Первоначальный патентообладатель: Chloride Silent Power Limited
Международная классификация: H01M 1039.
Краткое описание на английском языке:
In a sodium sulphur cell or other electrochemical cell or energy conversion device in which beta-alumina is used as a solid electrolyte in contact with liquid sodium, improved wetting of the electrolyte by the sodium is obtained by coating the electrolyte, on the surface in contact with the sodium, with a metal, such as lead or bismuth, which will form an alloy with sodium. Conveniently the electrolyte is coated with an aqueous solution of lead acetate, dried and the lead acetate decomposed by heating to leave a lead coating.
Экспериментальная проверка решения.
Кусочек биоморфного карбида кремния с окисленной поверхностью размерами 30х30х42 мм поместили в закрытый тигель с расплавленным на индукционной плите ацетатом свинца, выдержали в течение 5 секунд, быстро вынули и охладили в струе холодного воздуха. Нагревание прекратили, тигель с ацетатом свинца оставили под крышкой. В паяльную ванночку с расплавленным свинцом при температуре 357 С внесли обработанный в ацетате свинца кусочек карбида кремния. Выдержали под стальной гирькой массой 50 грамм в течение 300 секунд, вынули и охладили на воздухе. Кусочек карбида кремния разрезали вдоль пор и осматривали в световой микроскоп. Заполнение пор свинцом составило 90-95% .
Возникшие проблемы: карбид кремния всплывает на поверхность расплавленного свинца из-за меньшей плотности.
Литература
- Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — 639 с. —ISBN 5-82270-092-4
- Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Химия металлов. — М.: Мир, 1971. — Т. 1. — 561 с.
- R. K. Rajaram and J. K. Mohana Rao (1982). Crystal structure of lead acetate trihydrate. Zeitschrift für Kristallographie: Vol. 160, No. 3-4, pp. 225—233.
- АЛГОРИТМ решения изобретательских задач (АРИЗ-85В). - Стандартные решения изобретательских задач. 77 стандартов: Метод. разраб. для слушателей семинара "Методы решения науч.-техн. задач/Г.С. Альтшуллер. - Л., 1985. - 123 с. - Ленингр. металлич. з-д.
- ТЕОРИЯ решения изобретательских задач: Справка ТРИЗ-88/Г.С. Альтшуллер. - Баку, 1988. - 20 с
Комментарии
Re: Заполнение биоморфного окисленного карбида кремния ...
Автор только недавно начал осваивать методические инструменты (школа мастера ТРИЗ В.А. Михайлова), но именно поэтому хочется сделать комментарий по поводу их применения. Исключительно на тот случай, если этот разбор кому-нибудь захочется использовать как пример
Техническое противоречие 1: свинец необходимо поместить внутрь пор биоморфного карбида кремния, но поместить его не удается из-за того, что расплавленный свинец сам собой не затекает в поры окисленной керамики. Свинец оказывается слишком вязким, не смачивает оксид кремния на поверхности карбида кремния.
ТП традиционного отражает ситуацию и формулируется как взаимосвязанные улучшение и ухудшение в системе, возникающие при однозначном изменении какого либо параметра. Иными словами, это показ того, как разнонаправлено меняется система при ее изменении. В первом утверждении вообще не видно каких-либо изменений объекта. Вместо этого идет констатация факта – свинец внутрь пор не заходит, так как он то ли слишком вязкий, то ли не смачивает оксид кремния.
Техническое противоречие 2: увеличение давления на расплавленный свинец может привести к заполнению пор, свинец будет затекать в поры под действием внешних сил. Однако карбид кремния легче свинца и всплывает на его поверхность, небольшая часть его остается открытой, давление механической нагружающей системы часто приводит к растрескиванию и разрушению образца окисленного биоморфного карбида кремния.
Здесь ТП могло бы быть таким: повышая давление мы улучшаем заполнение пор, но это приводит к разрушению образца окисленного карбида кремния (кстати, не совсем понятно, что означает «давление механической нагружающей системы ЧАСТО приводит…» То есть давление само по себе не приводит к разрушению, а какие-то действия механической системы приводят?)
Если с этим ТП все в порядке, то ФП получается таким: давление в системе должно быть, чтобы свинец активно затекал в поры. И давления не должно быть, чтобы не разрушался образец. Но все же остается и сомнение - ведь есть вероятность, что не давление само по себе приводит к такому результату, а какое-то действие "мехинической нагружающей системы".
Техническое противоречие 3: расплавленный свинец очень хорошо смачивает карбид кремния, однако удаление слоя оксида кремния приведет к прямому контакту карбида кремния и свинца, между свинцом и карбидом кремния станет возможной электрическая проводимость. Это сделает создание конденсатора на основе карбида кремния невозможным.
Здесь видимо так можно построить формулировку: Если удалить поверхностный слой оксида кремния, то это улучшит проникновение свинца в объем карбида кремния, но при этом возникнет электрическая проводимость между свинцом и карбидом кремния.
Тогда ФП может выглядеть так: поверхностный слой оксида должен быть, чтобы создавать электроизоляцию и его не должно быть, чтобы не препятствовать затеканию свинца в поры.
Полученное физическое противоречие: карбид кремния абсолютно не смачивается свинцом и должен смачиваться свинцом, чтобы свинец мог заполнить поры.
Это не ФП. Вернее, такое построение ФП (свойства нет, но надо, чтобы было) считается грубой ошибкой. Правильное ФП – это два требования к объекту, два желаемых состояния. Здесь есть одно требование и констатация факта – требование не выполняется. Это, скорее можно было бы отнести к административному противоречию, поставленной задаче с непониманием как достичь ее решения. ФП здесь, видимо, можно было бы получить, если работать с проблемой на уровне глубинных свойств материалов, то есть разобраться, зачем нам нужны свойства материалов, приводящие к смачиваемости и несмачиваемости. .
Re: Заполнение биоморфного окисленного карбида кремния ...
Четвертый день не устаю поздравлятьвсех с наступившим таки (несмотря на попытки майя) новым Годом!
В целом, работа неплохая, что позволяет надеяться на продолжение традиций школы Михайлова.
Хотя, я бы, все-таки, добавил в список еще одну книгу Альтшуллера (хотя немного не того): Г.А.Аксельруд М.А. Альтшуллер "Введение в капиллятно-химическую технологию." - М. -1983.
С замечаниями Александра Владимировича в целом согласен, кроме:
Противоречие правильно правильно по сути, но неправильно сформулировано. Дело в том, что смачиваемость определяется соотношением адгезия-когезия, которое определяется параметром "угол смачивания". Поэтому это физическое противоречие должно было бы выглядеть так: угол смачивания карбида кремния свинцом должен быть 0 градусов (полное несмачивание) и должен быть 180 градусов (полное смачивание).
С уважением, всегда Ваш akyn
Re: Заполнение биоморфного окисленного карбида кремния ...
По поводу предложенного варианта с углом смачивания 0 градусов - нельзя ли пояснить, для чего нам нужно, чтобы было полное несмачивание? Чем мотивируется такое требование?
Re: Заполнение биоморфного окисленного карбида кремния ...
Александр Тимофеевич, подскажите, зачем вводится требование иметь нулевое смачивание? Что-то у меня не складывается.
Re: Заполнение биоморфного окисленного карбида кремния ...
Рискну предположить (судя по общеизвестным данным), что свинец является самым дешевым веществом, которое можно использовать для эффективного поглощения гамма-излучения. В этом случае я бы сформулировал ФП так: "металл должен смачивать карбид кремния, чтобы заполнить поры, и не должен смачивать карбид кремния, чтобы сохранить возможность использования самого дешевого и эффективного металла-поглотителя гамма-излучения - свинца". Против такой формулировки есть возражения?
Re: Заполнение биоморфного окисленного карбида кремния ...
Вторая часть: "Металл не должен смачивать карбид кремния, чтобы сохранить возможность использования самого дешевого и эффективного сеталла-поглотителя гамма излучения - свинца".
Здесь не очень бъется: не смачивает - сохраняет возможность использования... Нет вроде бы такого действия у металла - сохранять возможность использования.
Может быть А.Т. что-то может сказать по поводу? Все же это он заявил, что ФП нормальное.
Re: Заполнение биоморфного окисленного карбида кремния ...
Приветствую, Александры!
Когда я переформулировал ФП я исходил из того, что оно, согласно правилам, должно представлять противоположные требования к одному из элементов системы, причем эти требования должны иметь количественные характеристики. В данном случае, если угол смачиваемости равен 0, то свинец заполнит поры без проблем. Но он, согласно условиям, не смачивает поверхность материала (угол смачивания 180).
Как только появляется параметр, то появляются и способы воздействия на него. В данном случае, это разделение требований в пространстве за счет "Местного качества". В данном случае это предварительное покрытие поверхности пор ацетатом. Дело в том, что поскольку угол смачивания зависит от соотношения энергий адгезии и когезии, то энергию когезии можно повысить, введя родственное свинцу вещество.
Другое дело, я не стал бы решать эту задачку по АРИЗу. Вполне достаточно было бы построить вепольную модель. Это вариант недостаточного взаимодействия, который решается введением дополнительного поля, или вещества.
В данном случае при запрете введения нового вещества применяется 5 класс стандартов с самоустранением отработанного вещества (разложением ацетата при контакте с расплавленным свинцом).
Что касается полей, то я не зря сослался на книгу Альтшуллера В.Г., где дан обзор методов повышения эффективности пропитки пористых материалов. Это и изостатическое давление и предварительное вакуумирование и вибрация. Для свинца это все равно было бы недостаточно, а вот при предварительной пропитке ацетатом очень даже будут полезны.
С уважением, Ваш akyn
Re: Заполнение биоморфного окисленного карбида кремния ...
Расплавленный металл это уже близко к третьему агрегатному состоянию, так что вибрация на определённой частоте (её ещё надо найти) могла бы дать результаты. Можно ещё попробовать модулированную вибрацию (одновременно несколькими частотами). Это я уже клоню в свою область электросвязи :) Правда в этом случае покрывать металлом можно будет только с одной стороны. Для покрытия другой стороны нужно будет перевернуть заготовку. Зато расходовать лишнее вещество будет не нужно. Окунать не получится, так как в свинце проходят только ограниченные длины волн.
Это теоретическая прикидка. Как там на практике - не знаю.
Re: Заполнение биоморфного окисленного карбида кремния ...
Понятно. Я, собственно говоря, о том, же. Это должны быть требования, они должны быть мотивированы. Второй мотив в этом противоречии не "вытанцовывается", то есть противоречия требований не получается.
Поскольку второе требование как-бы и не прорисовано, то непонятно до конца, зачем их разделять.А насчет "как только появляется параметр...", то были такие эксперименты - описать объект через совокупность его параметров и для каждого из них дать противоположное состояние. Получается облако противоречий. Затем, правда, предлагалось "вручную" посмотреть, какие из них интересно устранять.
Как упражнение по развитию мышления - вполне годно. Но в процессе решения создает лишний дребезг на марше, избыточность.
Re: Заполнение биоморфного окисленного карбида кремния ...
Никаких обид - в данном случае я просто учусь у Вас, ибо считаю Вас высоким профессионалом в части формулирования ФП, а себя таковым пока что не считаю отнюдь.
Согласен, что на техническом уровне задача не сформулирована - ибо не указано, что именно мешает металлу смачивать карбид кремния.
(Замечу, что я намеренно перевел задачу от "свинца" к "металлу", дабы не зацикливаться конкретно на свинце, ибо в условии первоначально сказано "тяжелый металл", что в принципе подразумевает возможность замены свинца иным металлом. Но в целях простоты готов ограничиться только свинцом - допустим, что ничего иного использовать нельзя по требованиям задачи.)
Поскольку речь идет о свойствах материалов, я не уверен, что можно точно сказать (на физическом уровне), что именно мешает свинцу. В самом общем случае это "что-то" - физические свойства расплавленного свинца, проявляющиеся либо в его недостаточном взаимодействии с карбидом кремния, не дающем возможности проникать в поры, либо во вредном взаимодействии, препятствующем такому проникновению. (Кстати, выбор между этими вариантами для меня отнюдь не очевиден, что, однако, не мешает в обоих случаях получить одно и то же решение!)
Быть может, так:
Расплавленный свинец не должен контактировать карбидом кремния, чтобы свободно проникать в поры, и расплавленный свинец должен контактировать с карбидом кремния, чтобы заполнить эти поры?
Re: Заполнение биоморфного окисленного карбида кремния ...
Почему же "не вытанцовывается"? Как раз все очень хорошо сходится: чтобы заполнить поры без насилия угол должен быть 0, а он не смачивается вообще (180). Каюсь, сразу перепрыгнул и обострил противоречие.
С уважением, akyn
Re: Заполнение биоморфного окисленного карбида кремния ...
Этот тип противоречия называется у ГСА административным. Хотим, чтобы смачивался, а он не смачивается. Автор сделал из этого как-бы ФП. Надо, чтобы смачивался, для проникновения в поры, и чтобы не смачивался, для того, чтобы это был свинец. (это я упрощенно, конечно же).
А таких, как у Вас можно много напридумывать.
"Чтобы вовремя добраться до вокзала, скорость авто должна быть 200, а она 15".
"Зарплата сотрудников должна быть большой, а она маленькая".
и т.д.
Извините, что объясняю в который раз, но оба требования должны быть нужны решающему, в противном случае физ противоречия не получается.
Зарплата сотрудников должна быть большой, чтобы люди жили достойно и могли тратить все время на работу и зарплата должна быть маленькой, чтобы цена изделия была конкурентной.
Если нет двух требований, то решение выглядит почти всегда простым - ну увеличьте эту зарплату, ну нажмите на газ, ну замените свинец чем-то, что смачивается...
И часто так задачи и решаются - заменят свинец каким-нибудь висмутом или сплавом Вуда, глядишь и все ОК. Но иной раз не решаются.
Это должен быть свинец, чтобы обеспечить требуемую степень поглощения гамма лучей, и это не должен быть свинец, чтобы была смачиваемость с поверхностью.
А довольно часто физ противоречие, которое лежит в глубине, вообще оказывается совсем иным, уже не про скорость авто, а, скажем, про тормозной путь - он для скоростной машины должен быть коротким, чтобы не создавать аварийные ситуации, и длинным, чтобы не убить пассажиров перегрузками.
Re: Заполнение биоморфного окисленного карбида кремния ...
Прошу прощения, что еще раз встреваю, но, по-моему, вопрос достаточно интересный именно в методическом отношении - не говоря уже о том, что если два Мастера ТРИЗ по этому поводу спорят, значит, предмет спора, наверное, не вполне банален.
В тех случаях, когда речь идет об устройствах, ошибка подобного рода мне понятна: это мы что-то не так или не совсем так в нем устроили, и надо разбираться, где напортачили.
А вот в случае материалов и, в особенности, химических веществ (типа свинца) мне не всегда очевидно, в чем можно в самом деле разобраться, а не просто сделать вид, что якобы разобрались.
Решение заменить свинец чем-то другим - "простое". А решение изменить одни физические свойства свинца, сохранив при этом другие и не меняя сам свинец на что-то еще, - оно разве тоже "простое"?
Re: Заполнение биоморфного окисленного карбида кремния ...
По поводу поставленного Вами вопроса - уточните его, пожалуйста. Честно говоря, не понял, на что отвечать. Пока могу сказать, что простыми называю решения, которые мы умеем и в силах исполнить. Так сказать, "очевидные", если вспомнить прошлую тему. Можете заменить свинец чем-то - простое решение. Нет ничего, кроме свинца, идея с заменой не является простой. Так, для человека, выброшенного на необитаемый остров, совершенно неочевидной будет казаться идея поймать рыбу удочкой. В связи с отсутствием последней и нужных для ее создания компонентов. Для него изготовление удочки станет субъективно сложным делом.
Видимо также и с изменением физ свойств свинца. Возможно, какие-то можно сдвинуть, скажем отражающую способность поверхности, еще что-то. Какие-то нельзя. По моему здесь все очевидно. Или Вы о чем-то ином спросили?
Re: Заполнение биоморфного окисленного карбида кремния ...
Меня заинтересовало, каким все же образом нужно методически правильно формулировать ФП в случае, когда от какого-то вещества (а не устройства) требуется обладать одними физическими свойствами, которыми оно фактически обладает, и другими физическими свойствами, которыми оно фактически не обладает. В данном случае - обладать свойством свинца "поглощать гамма-излучение" (нужным для функционирования устройства) и свойством "смачивать карбид кремния" (нужным для изготовления этого устройства), которым свинец не обладает.
В случае устройства, мы можем изменять его качества более-менее произвольно, меняя его составные части или структуру: к примеру, сделать балку полой, увеличив соотношение прочности к плотности и тем самым устранив ФП типа "балка должна быть прочной, чтобы... и легкой, чтобы...".Но мы не можем произвольно менять составные части и структуру расплавленного свинца - атомы свинца обладают только теми свойствами, которыми они обладают, и среди них есть свойство "поглощать гамма-излучение" и нет свойства "смачивать карбид кремния".
Если бы "добавить" веществу нужные свойства можно было так, как это обычно делают в устройствах (скажем, за счет введения поверхностно-активной добавки, увеличивающей угол смачивания и не уменьшающей способность поглощать гамма-лучи), то эта задача, скорее всего, давно уже была решена, поскольку такое решение в самом деле для специалистов вполне очевидное и особой изобретательности не требует. Но этого вещества может не быть в природе, или человечество может не знать о его существовании, и тогда задача из очевидной сразу же превращается в неразрешимую никакими изобретательскими методами. Я не вижу ситуации, в которой подобная задача становилась бы реально изобретательской. Поэтому и сказал, что вопрос представляется мне интересным именно в методическом плане: как все-таки превратить такую задачу в изобретательскую?
В случае, если мы рассматриваем не требования к веществу, а требования к его взаимодействию (или невзаимодействию) с другими веществами, ситуация меняется, поскольку мы можем изменять условия взаимодействия одних веществ с другими: в частности, можем исключить прямой физический контакт одного вещества с другим, тем самым устранив и само взаимодействие (химические взаимодействия, в отличие от физических, бесконтактными или "полевыми" не бывают в принципе - "химическое поле", в отличие от теплового, акустического, электрического и т.д., "существует" только в ТРИЗ).
Как мне кажется, этот момент (ставить требования не к самим веществам, а к их взаимодействиям в конкретных условиях) мог бы стать достаточно важным в методическом отношении. Естественно, могу быть здесь в чем-то не прав, и точно не обладаю Вашим опытом в этой области, но мне изначально показалось, что эта особенность "химических" задач очевидной не является. Интересно узнать Ваше мнение на этот счет.
P.S. Свойство "отражательная способность", в отличие от поглощения гамма-лучей и смачивания, к свойствам химических веществ не относится - это свойство поверхности материала. Поэтому такая аналогия здесь не вполне уместна.
Re: Заполнение биоморфного окисленного карбида кремния ...
Про формулирование ФП. Естественно, что не в каждой ситуации возможен выход на ФП. Если противоположных требований нет, то выдумывать ФП не надо. Поскольку, как неоднократно указывалось ранее, многие ФП, это по сути псевдопротиворечия в силу того, что они разрешаются впоследствии, то есть такой подход к решению, в рамках которого требования к объекту уточняются до тех пор, пока не перестанут быть противоречивыми. (В частности, приведенная выше Вами формулировка не является уже противоречием, поскольку поставлены требования быть прочным и легким). Но есть и выход на ФП, то есть на тот уровень описания, на котором застрял решатель, не умеющий двинуться дальше (глубже).
Относительно основного вопроса: можем ли мы формулировать ФП относительно веществ. Полагаю, что да, и вот мои доводы. Можем, поскольку мы относимся к веществам несколько более спокойно, чем возможно это могут позволить себе чистые химики. Говоря "свинец", я не завязываюсь на клеточке из таблицы Менделеева, поскольку знаю, что он может быть чистым, может быть с разными загрязнениями, может быть нагретым, холодным и пр. Мне нужен и не свинец вовсе, а нечто, что имело бы большое сечение рассеяния, то есть тяжелое ядро и при этом высокую когезию, то есть видимо какую-то особую конфигурацию наружных электронных оболочек. Может быть проще рассуждать о возможностях изменения хим объектов, если начать не с чистых хим элементов, а с их соединений?
Прошу сразу же - давайте договоримся не использовать довод о том, что "если бы..., то задача уже была бы решена". Он немало намозолил глаза в прошлом обсуждении и на мой взгляд является бездоказательным и каким-то поверхностным. Давайте попробуем без него. Тоже самое про "неразрешимую никакими изобретательскими методами". Поскольку я не знаю всех изобретательских методов, то для меня этот довод довольно пуст. Давайте эти попутные замечания тоже уберем. Ваше деление, что есть требования к веществу, а есть к его взаимодействию, пока непонятно на чем основано. Если Вы рассмотрите этот вопрос подетальнее, то трудно будет найти требования к веществу, которые не базировались бы на необходимости его взаимодействия (невзаимодействия) с другими веществами. Не стал бы начинать с этого. Если удастся что-то сделать в этой области, то это что-то может стать важным в методическом отношении. Пока же - чего тут методически важного?Вот я Вам писал ранее на этом сайте, что ребята мои подметили - чем глубже спускаешься в описание вещества, тем более просто и однообразно описываются взаимодействия. Скажем, полимер - его надмолекулярная структура - отдельная молекула - мономер - отдельные атомы. Если удастся построить какое-то системное представление о том, как на разных глубинах надо описывать взаимодействия, было бы весьма методически здорово. Мы этим не занимаемся. Берите тему, по моему классная.
Не спорю. Вы, правда, спросили не про химические свойства,так что может быть простите за неточность?
Если хотите продолжать обсуждение про ФП, давайте сделаем для этого отдельную тему. Ежели про конкретные требования из приведенной работы - тогда продолжим здесь.
Re: Заполнение биоморфного окисленного карбида кремния ...
Александр Владимирович, спасибо за разъяснение. Ветку я попробую открыть, наверное, чуть попозже, поскольку тема "противоречия в химии" для меня интересна, а это небольшое обсуждение было весьма полезным. (Приношу извинения за "детскую" ошибку в формулировании ФП про балку.)
Для меня было новым, в частности, то (возможно, уже давно известное в ТРИЗ, но неизвестное мне), что не всегда целесообразно пытаться переводить ТП в ФП, а иногда лучше продолжать работать с ТП, последовательно уточняя его до тех пор, пока оно не исчезнет, и это не менее "методично", чем переход от ТП к ФП. То есть, "задним числом" это мне очень понятно, после того, как Вы сформулировали это очень четко, спасибо.
По поводу "задачи, не решаемой никакими изобретательскими методами", я имел в виду лишь то весьма, на мой взгляд, очевидное утверждение, что если про добавки с нужными свойствами (поверхностная активность в расплаве свинца) ничего не известно и непонятно, где их искать, то изобретательские методы не помогут их найти - можно только случайно наткнуться на решение, но это вроде бы не совсем "метод". А если известно, то задача решается простым перебором этих известных вариантов, что вроде бы тоже не относится к методам изобретательства. Перебор "всех методов" здесь, по-моему, не требуется. Для того, чтобы доказать, что никакое действительное число в квадрате не дает минус единицу, не требуется "знать все действительные числа" - достаточно знать некоторые их свойства. Так же, по-моему, и здесь - с изобретательскими методами.
Вопрос о том, к чему выставлять требования - к веществу или взаимодействию - я считаю интересным и не банальным. Конечно, любое свойство проявляется во взаимодействии, в том числе и свойство смачиваемости одного вещества другим. Но, ставя задачу на изменение именно свойства, мы переводим ее сразу же в конкретные параметры (хорошая смачиваемость = большой краевой угол смачивания, по-другому оно не бывает, увы) и вольно или невольно вынуждаем себя искать способы изменения именно этих параметров. И тем самым рискуем загнать себя в тупик.
А постановка задачи сразу на изменение взаимодействия позволяет задуматься об условиях, которые можно изменить для достижения нужного результата без изменения свойств вещества (т.е. свинец по-прежнему не смачивает карбид кремния, но нам и не нужно, чтобы смачивал). И в итоге выходим именно на изобретательское решение - вводим в систему новое вещество, которое как бы есть, но его нет: оно "есть", когда нужно смачивание, и его "нет", когда нужно поглощение лучей.
Возможно, для не-химика это выглядит банальностью, но для меня как химика, поверьте, есть некоторое различие между задачами на "изменение свойств вещества" (такие задачи химиками решаются во множестве) и на "изменение условий взаимодействия" (такие задачи химиками тоже решаются, но это для них совсем другие задачи).
Понять, что одну задачу можно заменить другой, именно для специалиста-химика может оказаться весьма и весьма не очевидным. И Александр Тимофеевич не даст соврать, что я не так давно подсказал ему как раз такой способ решения задачи, которая не решалась (точнее, решалась плохо) в формулировке "требуется изменить свойства вещества", но легко решилась в формулировке "требуется изменить условия взаимодействия одного вещества с другим веществом".
Поскольку данная ветка посвящена как раз решению такой (вполне конкретной) химической задачи, мне представляется, что обсуждение методологических аспектов решения задач, подобных этой, здесь вполне уместно, ибо сразу же имеем готовый пример. Если Вы считаете, что лучше перенести обсуждение на отдельную ветку, давайте перенесем, я не возражаю.
Re: Заполнение биоморфного окисленного карбида кремния ...
Re: Заполнение биоморфного окисленного карбида кремния ...
ОК - давайте продолжим.
Согласен. Буду признателен за ссылку на методику такого уточнения (помимо начальных шагов АРИЗа), которое бы позволило в данном случае выйти на обсуждаемое или аналогичное по результату решение без формулирования ТП, прямо из АП (пытались затолкнуть свинец, а он не полез), и которое бы не подталкивало к поиску ТП без необходимости.
По-моему, здесь есть один важный момент, возможно, несколько недооцениваемый физиками, конструкторами и иже с ними.
Для химика свойства вещества важны прежде всего как конечный результат его работы. Причем свойства (и в первую очередь как раз не химические, а физические: показатель преломления, коэффициент теплового расширения, модуль упругости и т.д. и т.п.) рассматриваются обычно химиком как атрибуты самого вещества, а не каких-то там взаимодействий. То, что свойства проявляются лишь во взаимодействии, это, скорее, уже "философский" уровень. А практический уровень - это то, что данное вещество имеет такие-то свойства (их нельзя изменить - они в справочниках прописаны и в ряде случаев по формулам просчитываются), а при такой-то и такой-то обработке из него получается материал, свойства которого зависят от еще и от этой самой обработки. (А также от температуры и давления, зависимости от которых измеряются лабораторными опытами или просчитываются по формулам.)
Другими словами, для обычного химика свойства материала определяются (только) тем, из каких веществ (или других "сырых" материалов) его получили и как эти вещества (или "сырые" материалы) были обработаны, а вовсе не тем, с чем этот (готовый) материал потом взаимодействует. Проблема изменения условий взаимодействия готового материала с какими-то другими материалами или объектами - это уже не проблема химика, синтезирующего вещество, это для него сугубо "внешняя" проблема.
Не говорю, что это "правильно" или "неправильно", "хорошо" или "плохо". Говорю, что таковы стереотипы, и они могут мешать найти решение в (полагаю, не такой уж редкой) ситуации, когда проблема исходно формулируется как претензия к веществу, а реально решается изменением условий, в которые оно помещено. Для кого-то, возможно, это "одна и та же задача" (и чего здесь непонятного-то?), а для химика, повторюсь, эти задачи звучат как очень и очень разные. В моем представлении, какие-то методические средства, которые бы облегчили такой переход от задачи "на вещество" к задаче "на взаимодействие" (помимо общей фразы "посмотри и на это тоже"), могли бы быть полезными при решении не только этой конкретной задачи. Об этом, собственно, я и хотел сказать.
Re: Заполнение биоморфного окисленного карбида кремния ...
Re: Заполнение биоморфного окисленного карбида кремния ...
В столь общей формулировке не спорю. Про то, что идеальный инструмент - это (в моем представлении) такой, который дает приемлемый результат и без долгой предварительной работы, наверное, лучше поговорить не на этой ветке. Еще раз спасибо за обсуждение и поправление моих ошибок.