Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году

К проблеме автоматизации процесса определения фрактальной размерности

В.А. Анофриев1, А.В. Низенко1, Д.В. Иванов1, А.С. Антонов2, Н.Ю. Сдобняков1

1 ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
2 ФГБОУ ВО «Тверская государственная сельскохозяйственная академия»

DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.264

Оригинальная статья

Аннотация: В данной работе с использованием различных программных продуктов Gwyddion, Mountains 9 DigitalSurf, Image Analysis P9, а также собственной разработки FractalSurface проанализированы возможности расчёта фрактальной размерности для различных типов данных с помощью нескольких методов подсчёта (метод подсчёта кубов, метод триангуляции, метод вариации, метод спектра мощности, метод «скейлинг» анализа, метод морфологических огибающих) и возможности по работе с полученными значениями, такими, как: выделение линейного участка графика для пересчёта итогового значения размерности, применение матричных конволюционных фильтров с различными ядрами свёртки для обработки изображений и пакетный анализ исследуемых изображений. На текущий момент времени нет программного продукта, который бы удовлетворял всем требованиям проведения анализа изображений на наличие самоаффинных структур, однако наличие достаточного функционала в основном зависит от типа исследования. Проведённый сравнительный анализ получаемых результатов позволяет оценить возможности программного продукта для дальнейшего использования в качестве инструментов для: автоматизации процесса определения фрактальной размерности, первичной обработки изображений.

Ключевые слова: фрактальная размерность, метод подсчета кубов, метод вложенных кубов, метод триангуляции, вариационный метод, метод спектра мощности, метод «скейлинг» анализа, метод морфологических огибающих, программное обеспечение по обработке изображений

  • Анофриев Виталий Александрович – студент 2 курса магистратуры кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Низенко Артем Витальевич – студент 2 курса магистратуры кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Иванов Дмитрий Викторович – научный сотрудник кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Антонов Александр Сергеевич – к.ф.-м.н., научный сотрудник ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет», доцент, ФГБОУ ВО «Тверская государственная сельскохозяйственная академия»
  • Сдобняков Николай Юрьевич – к.ф.-м.н., доцент кафедры общей физики , ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Ссылка на статью:

Анофриев, В.А. К проблеме автоматизации процесса определения фрактальной размерности / В.А. Анофриев, А.В. Низенко, Д.В. Иванов, А.С. Антонов, Н.Ю. Сдобняков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2022. — Вып. 14. — С. 264-276. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.264.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Белко, А.В. Фрактальная структура кластеров золота, образованных при осаждении в вакууме на диэлектрические подложки / А.В. Белко, А.В. Никитин, Н.Д. Стрекаль, А.Е. Герман // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2009. – № 5. – С. 11-15.
2. Сдобняков, Н.Ю. Морфологические характеристики и фрактальный анализ металлических пленок на диэлектрических поверхностях: монография / Н.Ю Сдобняков, А.С. Антонов, Д.В. Иванов. – Тверь: ТвГУ, 2019. – 168 с.
3. Xu, C. Mechanochemical synthesis of advanced nanomaterials for catalytic applications / C. Xu, S. De, A.M. Balu, M. Ojeda, R. Luque // Chemical Communications. – 2015. – V. 51. – I. 31. – P. 6698-6713. DOI: 10.1039/C4CC09876E.
4. Roth, N. Creation of micro/nano surface structures on silver using collinear double femtosecond laser pulses with different pulse separation / N. Roth, C. Zuhlke, E. Peng et al. // Multiscale and Multidisciplinary Modeling, Experiments and Design. – 2018. – V. 1. – I. 2. – P. 145-153. DOI: 10.1007/s41939-018-0011-2.
5. Shedd, G.M. The scanning tunneling microscope as a tool for nanofabrication / G.M. Shedd, P.E. Russel // Nanotechnology. – 1990. – V. 1. – № 1. – P. 67-80. DOI: 10.1088/0957-4484/1/1/012.
6. Соколов, Д.Н. О моделировании термических эффектов при взаимодействии зонда сканирующего туннельного микроскопа с образцом / Д.Н. Соколов, Н.Ю. Сдобняков, П.С. Кутилин и др. // Нанотехника. – 2013. – № 2 (34). – С. 78-80.
7. Goswami, D.K. Growth of self-assembled nanostructures by molecular beam epitaxy / D.K. Goswami, B. Satpati, P.V. Satyam, B.N. Dev // Current Science. – 2003. – V. 84. – № 7. – P. 903-910.
8. DigitalSurf. – Режим доступа: www.url: https://www.digitalsurf.com. – 15.08.2022.
9. Gwyddion – Free SPM (AFM, SNOM/NSOM, STM, MFM, …) data analysis software. – Режим доступа: www.url: http://gwyddion.net. – 15.09.2022.
10. Image Analysis P9. Руководство пользователя. – M.: НТ-МДТ СИ, 2019. – 582 c.
11. Иванов, Д.В. Моделирование послойного роста фрактальных металлических пленок Pt-Rh / Д.В. Иванов, В.А. Анофриев, В.А. Кошелев и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2021. – Вып. 13. – С. 682-692. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.682.
12. Свидетельство № 2021618928 Российская Федерация. FractalSurface: программа для анализа поверхности на наноуровне / Н.Ю. Сдобняков, В.А. Анофриев, В.А. Кошелев, А.С. Антонов, Д.В. Иванов; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет». – № 20216180353; заявл. 27.05.2021; зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 02.06.2021. – 1 с.
13. Иванов, Д.В. Моделирование процесса формирования фрактальных металлических пленок / Д.В. Иванов, С.А. Васильев, Н.Ю. Сдобняков и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2020. – Вып. 12. – С. 424-437. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.424.
14. Noorbakhsh, R. Infuence of deposition time on the optical and morphological properties of silver–copper thin flms: experimental and statistical studies / R. Noorbakhsh, S. Rezaee, B. Arghavani Nia, A. Boochani // Optical and Quantum Electronics. – 2021. – V. 53. – I. 6. – Art. № 276. – 12 p. DOI: 10.1007/s11082-021-02942-8.
15. Ţălu, Ş. Surface roughness characterization of poly(methylmethacrylate) films with immobilized Eu(III) β-diketonates by fractal analysis / Ş. Ţălu, S. Stach, J. Zaharieva et al. // International Journal of Polymer Analysis and Characterization. – 2014. – V. 19. – I. 5. – P. 404-421, DOI: 10.1080/1023666X.2014.904149.
16. Lou, S. Application of the morphological alpha shape method to the extraction of topographical features from engineering surfaces / S. Lou, X. Jiang, P.J. Scott // Measurement. – 2013. – V. 46. – I. 2. – P. 1002-1008. DOI: 10.1016/j.measurement.2012.09.015.
17. Хлопов, Д.В. Анализ и фильтрация изображений сканирующей зондовой микроскопии / Д. В. Хлопов, С. И. Леесмент, О. В. Карбань и др. // Поверхность. Рентгеновские, синхронные и нейтронные исследования. – 2011. – № 6. – С. 36-43.
18. Иванов, Д.В. Получение наноразмерных пленок платины, обладающих фрактальными свойствами / Д.В. Иванов, А.С. Антонов, Е.М. Семенова и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2020. – Вып. 12. – С. 73-88. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.073.
19. Иванов, Д.В. Различные схемы получения фрактального рельефа наноразмерных пленок платины / Д.В. Иванов, А.С. Антонов, Е.М. Семенова и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2021. – Вып. 13. – С. 156-165. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.156.
20. Антонов, А.С. Исследование фрактальных свойств наноразмерных пленок золота, серебра и меди: атомно-силовая и туннельная микроскопия / А.С. Антонов, Н.Ю. Сдобняков, Д.В. Иванов и др. // Химическая физика и мезоскопия. – 2017. – Т. 19. – № 3. – С. 473-486.
21. Ivanov, D.V. Determination of the fractal size of titanium films at different scales / D.V. Ivanov, A.S. Antonov, E.M. Semenova et al. // Journal of Physics: Conference Series. – 2021. – V. 1758. – Art. № 012013. – 6 p. DOI: 10.1088/1742-6596/1758/1/012013.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒