Толщина слоя: Правильная толщина слоя клея при укладке плитки

Толщина плиточного клея при укладке плитки: расчет с умом

Выполняя облицовочные работы одним из первых вопросов, возникающих у мастеров, будет подбор толщины клея, на который приклеивается плитка. В принципе, толщина плиточного клея у каждого отделочника своя, но общие нормы соблюдаются всеми.

Зубчатый шпатель — гребешок

Так, слой раствора для керамогранита отличается от толщины под кафель, а стены и пол также по-разному требовательны к плиточному клею. Теперь расскажем обо всем подробнее.

Толщина от размера

От толщины самой плитки зависит ее вес, а по нему, в свою очередь, регулируется слой клея. Всегда вес изделия зависит от его размера, поэтому специалисты, вместо того чтобы возиться с весами, ориентируются как раз на размер плитки и лишь делают поправки, смотря на вид изделия (настенная или напольная керамика, керамогранит). Применяя синтетические виды клея, слой можно делать на пару миллиметров тоньше, но не толще, а при цементных видах толще, но не тоньше.

• С размером плитки 50–100 мм – с 2 до 3 мм.
• 100–150 мм – с 3 до 4 мм.
• 150–200 мм – с 4 до 5 мм.
• 200–250 мм – с 5 до 6 мм.
• 250–300 мм – с 6 до 7 мм.
• 400 мм и более – с 7 до 10 мм.

Правильно подобранная толщина слоя плиточного клея поможет сэкономить при укладке плитки

Общие зависимости

Стоит учесть, что характеристика колеблется от многих факторов, при выкладке кафельной плитки слой меньше, при укладке керамогранита слой толще. Также есть различия между местом проведения работ: стена или пол. Так, клея облицовочный материал на стену, клей не должен быть слишком толстым, а наклеивая напольную плитку, вполне возможно, увеличить толщину клеевого раствора.

Особое влияние на толщину слоя, конечно же, имеет основание поверхности, к которому клеится плитка. Наилучший вариант – это когда основание в идеальном состоянии. Четко по уровню, без ямок и выпуклостей, даже малого размера, полностью очищено от пыли и остатков раствора, качественно пройдено специальной глубоко проникающей грунтовкой (какой именно можно узнать и купить в любом строительном магазине). Только в этом случае, можно говорить о действительно качественной укладке плитки или керамогранита.

Важное правило, для качественной работы с керамикой – это идеально ровное, вымеренное и подготовленное основание!

При облицовке пола часто возникает ситуация, когда керамогранит имеет довольно большое искажение, получается что он либо выпуклый, либо вогнутый. В такой ситуации слой под нижними точками керамогранита не должен быть более 10 мм.

Поверхность тыльной стороны плитки должна быть покрыта сплошным слоем клея не менее чем на 80%

Влажность и влагопоглощаемость

Еще две оценки стоит сделать, решая вопрос о том, сколько раствора нужно мазать. Это влажность раствора и влагопоглощаемость основания. При укладке керамики на стену не стоит применять полусухой раствор, более того, стена должна быть обязательно пройдена грунтовкой, при необходимости несколько раз, до тех пор, пока не прекратиться сильная впитываемость поверхности.

При большой впитываемости приходиться увеличивать толщину клея, для того чтобы плитка попросту не отвалилась, когда высохнет. Обливание водой плохо поможет, особенно если основание состоит из обычной цементно-песчаной штукатурки с малым содержание цемента.

При выкладке керамики на пол, допускается раствор более сухой, нежели на стену, но только при условии малой поглощаемости влаги полом. Поэтому напольное основание также стоит подвергнуть грунтовке.

Некоторые строители без меры льют воду на стены, на пол, на все вокруг, считая, что так будет лучше, но нет, от переизбытка влаги, клей теряет свои свойства. Всего нужно в меру, как говорится.

Гребешок и клей

При использовании зубчатого шпателя, на идеальном основании, работа по укладке значительно облегчается. От размеров зуба, его высоты, напрямую зависит толщина раствора, которая наноситься на плитку или основание. Стоит учесть при выборе шпателя, что раствор заходит в рифленый рисунок на тыльной стороне керамогранита или плитки и поэтому зубья нужно подбирать таким образом, чтобы раствора хватило на заполнение пустот и на необходимую толщину слоя. При высоте зуба 8 мм, толщина раствора получится 4 мм, то есть, толщина примерно равна половине высоты зубьев.

При нанесении тонкого слоя клея будет трудно равномерно распределить его по поверхности

Размер зубьев и слой зависит еще и от состава клея, так при использовании синтетических видов клея применяется зуб размером от 2 до 4 мм, а при использовании клея на цементной основе от 4 мм и выше. Клей при окончательной установке должен покрывать как минимум 80 процентов площади всей плитки, поэтому при недостаточности клея (когда он уходит в пустоты рифленого рисунка), необходимо наносить клей с двух сторон, на изделие раз и на основание два. Особенно это касается керамогранита. При этом полосы должны быть перпендикулярны друг другу.

Предельные величины

Молодые мастера задумываются, какая же максимальная величина слоя может быть употреблена при выкладке? Ответ прост, все зависит от желаемого качества выполнения работы и возможности выравнивать рабочую поверхность. Поэтому при излишней торопливости или экономности заказчика, даже квалифицированным специалистам приходится пренебрегать точностью выполнения технологий и толщина плиточного клея виляет, то подгоняемая под основание, то под уровень, то ориентируясь на конечную точку.

От толщины слоя плиточного клея зависит прочность сцепления плитки с основой

При выкладке стен считается допустимым пределом 10 мм. А при облицовке пола 15 – 20 мм, но это максимум, на каких-либо углах или маленьких углублениях, которых, при правильно подготовленном основании быть, вообще, не должно.

При проведении работ, не экономить ни средств, ни времени на грунтовку или дополнительную подливку, штукатурку. Скупой платит дважды!

Подводя итоги

Да, правильная толщина клеящего вещества позволит долго пользоваться готовой поверхностью, повысит прочностные характеристики и убережет керамику от преждевременных трещин, сколов и бухтения. Для достижения отличного результата нужно качественно делать подготовительные и измерительные работы. Вымерять углы и стены, пробивать уровнем напольное основание, зачищать все поверхности от грязи пыли и неровностей.

Красоты и долговечности, вашей керамике!

–>

максимальный и минимальный слой разных растворов

Следует сразу отметить, что толщина штукатурки стен должна быть минимальной. Дело в том, что слишком большое количество материала обойдется достаточно дорого, при этом срок службы покрытий значительно снизится. Толщина слоя штукатурки зависит от материалов основания, используемых смесей и желаемого эффекта.

Толщина слоя для разных поверхностей

В зависимости от типа основания, штукатурные слои могут быть разными:

1. Кирпич. Для данного материала характерно наличие рельефного рисунка, что повышает адгезию к штукатурке. Минимальный слой штукатурки составляет 5 мм, меньше наносить не следует, поскольку раствора не хватит, чтобы скрыть все дефекты кирпичной поверхности. Максимальная толщина штукатурки без установки армирующей сетки составляет 2.5 см, с монтажом данного элемента – 5 см.
2. Бетонные стены. Пористая структура таких покрытий обеспечивает хорошее сцепление со всеми видами штукатурок. Кроме того, такие поверхности в большинстве своем ровные, поэтому можно наносить раствор толщиной от 2 мм. Максимальный слой штукатурки без использования сетки – 2 см, с армирующей сеткой – 7 см.
3. Ячеистый бетон. Стены из газо- или пеноблоков редко нуждаются в выравнивании, поскольку отличаются ровной поверхностью. Чаще всего их штукатурят только в декоративных целях, поэтому толщина слоя колеблется от 2 до 15 мм.
4. Деревянное покрытие. На стену такого типа редко наносят штукатурку, поскольку раствор плохо держится. Нанесение смесей на стену из дерева начинается с монтажа армирующей сетки. Она может быть металлической, пластиковой или деревянной. Металлические и деревянные изделия крепятся на гвозди или саморезы, а пластиковые на специальный клей. Толщина штукатурного слоя по сетке не регламентируется, поскольку он нужен только для того, чтобы скрыть ее. Рекомендуемая толщина раствора составляет 2 см.
5. Гипсокартон. С помощью данного материала проводят выравнивание стен, поэтому он требует только декорирования. Если было решено использовать штукатурку, то материал должен быть высокого качества. Обычно хватает 2 мм для декорирования, максимально допустимый слой – 10 мм. Если по каким-то причинам планируется нанести более толстый слой, то предварительно устанавливают пластиковую армирующую сетку.
6. Утеплители. Вопреки мнению некоторых мастеров, штукатурить пенопласт, минеральную вату и другие теплоизоляционные материалы не только можно, но и нужно. Работа начинается с установки армирующей сетки, затем наносят немного раствора для маскировки сетки, а в конце основной, толщина которого – 1-2 см.

Штукатурка любых поверхностей состоит из нескольких слоев

На заметку! Какой слой штукатурки можно наносить, производители указывают на упаковке, перед началом работ необходимо детально ознакомиться с инструкцией.

Толщина различных слоев штукатурки

Первый слой называется обрызг. Он наносится для того, чтобы основная часть материала лучше держалась на покрытии. Для его нанесения используют жидкий раствор. Материал просто накидывают на стену и не разравнивают, чтобы после высыхания образовалось неровное покрытие, на которое лучше ляжет основная часть штукатурки. Максимально возможный слой для кирпича и различных видов бетона составляет 5 мм, для дерева – 8 мм.

Толщина обрызга варьируется от трех до восьми миллиметров

После высыхания обрызга на поверхность наносится штукатурка толстым слоем. Он называется грунт и является основным. Толщина гипсовых штукатурок или известковых составов должна быть 0.7-3 см, цементных растворов – 0.5-5 см.

В последнюю очередь наносится накрывка. Это штукатурка, которую наносят после высыхания основной части смеси, толщина данного слоя должна быть минимальной – около 2 мм. Максимально допустимый слой – 5 мм.

Следует знать! Однослойная штукатурка на основе цемента должна наноситься слоем не более 2 см, на основе гипса – 1.5 см.

Возможные отклонения

Если речь идет о простой штукатурке, то в вертикальной плоскости отклонение может составлять не более 15 мм по всей стене и не более 3 мм на каждый метр. Для высококачественных покрытий максимально допустимое отклонение 5 мм на всю стену или 1 мм на 1 метр. Кроме того, число отклонений также ограничено. На каждые 4 квадратных метра поверхности может быть не более 3 дефектов при условии использования обычной штукатурки. Для высококачественных поверхностей не больше 2 отклонений. Глубина неровностей не должна превышать 5 мм для простых покрытий и 2 мм для высококачественных. Отклонения в горизонтальной плоскости регламентируются так же, как и в вертикальной.

При нанесении штукатурного раствора возможны отклонения, но при создании высококачественного покрытия они должны быть минимальными

Исключение из правил

В некоторых случаях кривизна стен настолько велика, что раствора нужно нанести больше, чем 5 см. На каждые дополнительные 2 см слоя необходимо использовать армирующую сетку. Штукатурка – это не самый дорогой строительный материал, но его нужно много, поэтому в некоторых случаях лучше отказаться от использования смесей в пользу гипсокартонных плит.

Кроме того, такие материалы довольно тяжелые, поэтому перед началом работ нужно убедиться в надежности обрабатываемой стены. 

Как контролировать слой штукатурной смеси

Для этих целей используют маяки. Они представляют собой металлические направляющие длиной 3-4 м и толщиной в 6 или 10 мм. Шестимиллиметровые изделия удобны тем, что позволяют наносить небольшой слой раствора, а десятимиллиметровые более жесткие и удобные.

Маяки позволяют контролировать слои наносимого раствора

После проведения всех работ с отвесом и определения кривизны покрытия монтируют маяки. Для этого необходимо отступить 30 см от угла, начертить ровную линию, нанести на нее небольшие порции раствора и приклеить маяк. Вдавливанием или вытаскиванием наружу нужно выровнять его, после чего установить второй у противоположного угла. Оставшиеся изделия устанавливаются на стену с интервалом 130-150 см. Затем нужно оштукатурить поверхность так, чтобы материал не вышел за пределы маяка.

Опытные мастера могут немного менять толщину слоев штукатурки, исходя из своего личного опыта, но начинающим крайне не рекомендуется отступать от вышеприведенных параметров и рекомендаций производителя.

Оптимальная толщина штукатурного слоя по кирпичу

Такого понятия как “оптимальный слой” просто не существует (есть минимальный, максимальный, рекомендуемый).

Толщина слоя штукатурки зависит от множества параметров.

В первую очередь от не ровности поверхности (стены, потолок).

Если кривизна значительная, то оптимальным может быть любой, нужный слой, нужный для выравнивания поверхности.

Так же важно учитывать технические параметры конкретной штукатурки.

К примеру популярная (востребованная) гипсовая штукатурка “Ротбанд”, в технических характеристиках чётко записано “от 5-ь мм, до 5-ь см”.

В этих пределах любой слой оптимален.

Выставляйте маяки, они Вам покажут какой слой будет оптимальным.

Так же важно учитывать что есть предел по толщине за один наброс.

Тот же “Ротбанд” это 5-ь см, в один слой, но это не означает что штукатурный слой не может быть больше, просто накидывать придётся в несколько слоёв.

Если толщина слоя любой штукатурки больше 2-х, 2,5-й см, то необходимо армирование (штукатурят по штукатурной сетке).

Вывод:

Читайте инструкцию на таре к конкретной штукатурке, там есть параметры по минимальному и максимальному слою, любой из них оптимален.

Рекомендуемый тоже иногда пишут, но не на всех штукатурках, тот же “Ротбанд”, это 10-ь мм за один слой (один наброс).

Но рекомендуемый может Вас не устроить, для выравнивания поверхности, возможно нужен иной слой, смотрите по месту.

Цементные штукатурки дают более прочное основание, их можно набрасывать более толстым слоем, до 3-х см за один наброс, но с обрызгом и по штукатурной сетке.

Толщина штукатурки имеет значение не меньшее, чем характер раствора и состояние стены на которую она наносится. Если она недостаточна – не удастся в полной мере выполнить выравнивание поверхности. Чрезмерное же утолщение – это напрасная трата денег на материалы и риск сползания или отслаивания раствора от стены.

В этой статье мы рассмотрим разные варианты величин слоев, характерных для газобетона, бетона, кирпича, деревянных, гипсокартонныхи утепленных стен. Также здесь приведены цифры по нормам СНиП для штукатурных работ.

Оптимальная толщина штукатурки

Решая вопрос «какой слой штукатурки можно наносить на стену в моем случае?» следует стремиться к самым минимальным цифрам, которые возможны без потери качества работы.

Отделка кирпичных, бетонных и газобетонных стен

Минимальная толщина штукатурки по кирпичу – 5 мм. Это обусловлено характерным рельефом поверхности.

При меньшем слое он будет отчетливо проступать наружу. При этом шпаклевание в целях дальнейшего выравнивания будет хлопотным и, что самое главное, непродуктивным. Максимальная толщина без применения армирующей сетки – 20 мм, все что больше (до 50 мм) – только с ней.

Толщина штукатурки по бетону, благодаря хорошей адгезии этого основания со всеми отделочными материалами, может быть практически любой.

Минимальный слой может быть от 2 мм, а максимальный, если работать без применения армирующей сетки – 2 см. С сетками минимум – 2 см, максимум – 7 см. В исключительных случаях, при значительной кривизне стен допустимо увеличить цифру до 10 см.

Гипсовая штукатурка, слой по газосиликатным блокам должен быть от 2 до 15 мм

Обратите внимание: газобетонные стены, как и бетонные, обладают отличной адгезией. И минимальный слой штукатурки тут будет идентичным: 2 мм. А вот максимальный – 8-15 мм. Если кривизна стен очень большая, то выравнивание стен делается в два слоя, при этом первый в обязательном порядке армируется специальной сеткой. Для второго значения толщины будут такими же, как и для первого. 

Отделка деревянных и гипсокартонных поверхностей, а также утепленных

С оштукатуриванием по деревянной поверхностивсе по-другому.

Всего у нас получается два рабочих слоя. Первый делается таким, чтобы под ним полностью скрылась армирующая сеткаили решетка из дранки, тут определенных цифр нет. Счет идет на втором слое, и он должен быть не менее полутора, а лучше двух сантиметров.

Гипсокартонные листы сами по себе образуют достаточно ровное покрытие, поэтому выравнивающий слой в большинстве случаев тут требуется совсем небольшой.

Максимальная толщина штукатурки стен – 1-1,5 см. С превышением этих цифр отделка выполняется очень редко и только при условии предварительного монтажа армирующей сетки. По минимальным толщинам тут особых ограничений нет, обычно это 1,5-2 мм.

Отделка гипсокартона

К сведению: утеплитель всегда штукатурится в два приема. Первый слой, в который закладывается армирующая сетка обычно имеет толщину 1-1,5 см. Второй, декоративный, будет примерно таким же. Эти цифры одинаково верны для работ как по пенопласту, так и по минераловатным плитам. 

Какая толщина штукатурки должна быть у разных составов?

Толщину штукатурки СНиП (3.04.01-87) при однослойном нанесении регламентирует так:

Гипсовые растворы – до 1,5 см.Все прочие, кроме гипсовых – до 2 см.

А вот что говорится о многослойном нанесении неполимерных штукатурок:

Обрызг по бетону, кирпичу, камню – до 5 мм.Обрызг по дереву, включая армирующую сетку или дрань – до 9 мм.Грунт известково-гипсовый, известковый – до 7 мм.Грунт цементный – до 5 мм.Накрывка при нанесении тонкослойных декоративных штукатурок – до 7 мм.Накрывка при нанесении черновых штукатурок – до 2 мм.

Обратите внимание: толщина фактурных штукатурок напрямую зависит от размера каменного зерна в наполнителе. А точнее, она должна быть ему равна. Это касается составов типа «короед», «барашек», «камешковая» и т. д. Данные относительно фракции наполнителя всегда присутствуют на упаковках с материалом. 

Отделка газоблоков фактурной смесью

Толщина штукатурки –одна из основных составляющих качественной защиты, тепло-, звукоизоляции и отделки поверхностей, которая напрямую влияет на технико-эксплуатационные характеристики строения. Выполняется снаружи и внутри здания.

Внешняя — предохраняет стены от накапливания влаги несущими конструкциями через стыки и микрощели, внутренняя — служит для выравнивания поверхностей под финишное покрытие. В статье подробно разберемся, какая должна быть оптимальная толщина штукатурки стен по различным материалам и как влияет состав раствора на толщину слоя.

Состав раствора и толщина штукатурного слоя

Толщина штукатурки находится в прямой зависимости от состава раствора.

Для фасадных работ обычно используют цементно-песчаные смеси, которые обладают большой плотностью, препятствуют проникновению влаги, имею высокую физико-механическую стойкость к внешним воздействиям. Минимальный нормативный слой цементно-песчаной смеси – 10 мм. Не рекомендуется наносить более 20 мм за один раз.

Полезно знать: На бетон запрещено наносить гипсовый состав. Цемент и гипс, вступают в реакцию, как следствие, штукатурка вздувается и отпадает, гипс проникает в тело стены и разрушает конструкцию. Дабы избежать дефектов наносят промежуточный слой – известковый, толщиной 4 мм. 

Выравнивающая штукатурка, слой должен быть не менее толщины маяков

В готовых смесях на упаковке производитель в обязательном порядке указывает рекомендуемый, а также минимальный и максимальный слой раствора. Какой слой штукатурки можно наносить на стену:

Гипсово-песчаный состав 10-25 мм, при армировании можно нанести 35 мм.Глиняно-песчаная — 10-30 мм, такая же, но с добавлением цемента 15-30 мм.Гипсовая смесь, согласно таблице 10 СНиП п. 3.21 «Изоляционные покрытия», наносится толщиной не более 15 мм – для однослойного выравнивания, его рекомендуется армировать, дабы предотвратить появление трещин, более толстый наносятся в два этапа: «мокрым по мокрому».

При толщине слоя более 20 мм армирование обязательно

На разные поверхности

Для всех видов смесей, по СНиП 3.04.01-87 однослойная максимальная толщина штукатурки стен – 20 мм. Данные по нормативам, какая толщина штукатурки должна быть при устройстве многослойной штукатурной поверхности:

Обрызг- толщина штукатурки по кирпичу, камню, бетону – до 5 мм, по дереву – 9 мм.Грунт цементными растворами – 5 мм, гипсово-известковыми и известковыми — до 7 мм.Накрывочный – 2 мм, для декоративной отделки не более 7 мм.

Полезно знать: Недопустимо соприкосновение гипса с улучшенной известковой или цементной смесью. Запрещены известковые составы наносить по гипсу, так как первый имеет усадку при высыхании, а второй, наоборот, расширяется. Происходит отслоение, наружная отделка отпадает. 

Оптимальная толщина слоя по ровной кирпичной стене – 10 мм

Штукатурка деревянных поверхностей подразумевает набивку драни или армирующей сетки. Минимальная толщина штукатурки, СНиП регламентирует: от армирования 20 мм, и не менее 25 мм от основания. Более тонкий растрескается по ячейкам.

Максимальная толщина штукатурки стен зависит от неровностей поверхности, при больших перепадах это может быть и 50, и 100 мм, армирование обязательно. Подобные работы не целесообразны, влекут слишком большие затраты и велик риск растрескивания. В случаях, когда перепады поверхности более 50 мм рекомендуется выравнивание с помощью гипсокартона.

Для отделки деревянных поверхностей набивка дранки обязательна, толщина рейки 3-5 мм

Особенности для ячеистых бетонов

При проведении работ по газо- и пенобетонным поверхностям необходимо соблюдать правило: толщина штукатурного наружного слоя должна быть тоньше внутреннего в 2 раза.

Оптимально — для газобетонных стен 20 мм в помещении и 10 мм – фасадная часть. Для пенобетонных поверхностей достаточно 5 мм – внутри и 10 мм — снаружи. Такое соотношение обусловлено паропроницаемостью материалов, дабы избежать появления точки росы.

Цементно-песчаные растворы для поверхностей из ячеистых бетонов лучше не использовать

Какой слой штукатурки должен быть на потолке

Технологический процесс отделки потолка подразумевает, что при ровной поверхности минимальная толщина штукатурки по бетону может быть 5 мм, на кирпичной – не менее 10 мм, более тонкий слой просветит кладочные швы. Для деревянных поверхностей минимальная толщина раствора на потолке – 25 мм, наносить следует в 3 этапа: обрызг, грунт, выравнивание.

Максимально возможная толщина штукатурного слоя на потолке – 50 мм. Если перепад высоты превышает эту цифру, то для выравнивания следует подобрать другой вариант, например, натяжной или навесной потолок.

Во избежание трещин, стыки и швы следует заклеить армирующей лентой

Жилье должно быть обустроенным и красивым.

Так думает каждый хозяин дома или квартиры. Какова должна быть толщина штукатурки по кирпичу? Ведь именно этот вид отделки применяется чаще всего.

В наше время используются и другие материалы: пластик, панели из дерева и металла, гипсовые изделия. Но штукатурка и сегодня является отличным вариантом отделки помещений снаружи и изнутри. Она стоит относительно дешево, работать с ней легко и довольно просто.

Штукатурка кирпичных поверхностей

Штукатурка кирпичной стены — это самый распространенный способ ее отделки. Она обладает некоторыми существенными преимуществами в сравнении с другими методами:

просто наносится на поверхность;надежно защищает от многих повреждений;стоит не очень дорого.

Методами работы с штукатурными смесями может овладеть любой желающий. Для этого нужно запомнить несколько правил, касающихся некоторых запретов.

Основное и самое главное из них — нельзя делать штукатурку стен из кирпича на новом здании. Нужно подождать примерно 6 месяцев, чтобы здание дало осадку. Если поштукатурить кирпичные поверхности сразу же после окончания строительства, покрытие осыплется.

Будет зря потеряно время и материалы. Слой раствора рекомендуется разный на разных поверхностях. На бетонное основание его наносят от 5 мм, на дереве до 20 мм, для кирпича — 5-20 мм.

При толщине покрытия менее 5 мм сквозь него будут видны клетки кирпича. Замаскировать их не удастся ни краской, ни побелкой.

Покрытие толще 20 мм из-за своего веса может отвалиться от поверхности. Чтобы этого не произошло, часто используется армирующая сетка, с помощью которой толщину покрытия можно значительно увеличить. На величину отделки оказывает влияние состав штукатурного раствора.

Снаружи здания обычно используют цементные смеси. Они отличаются большей плотностью в сравнении с гипсовыми или известковыми составами и лучше противостоят холоду и сырости. Минимальная толщина такой смеси на стене должна составлять 10 мм.

Чем заштукатурить кирпичную стену внутри помещения? Для отделки помещения лучше использовать пористые и более легкие смеси на основе извести. Они твердеют гораздо быстрее, чем цементные растворы.

Но их малая плотность делает слой менее прочным. Толщина его должна составлять 10 и более сантиметров. Для отделки кирпичных поверхностей используют следующие виды штукатурки:

простая;улучшенный состав;высококачественная смесь;декоративное покрытие.

Как правильно оштукатурить кирпичную стену? Каждый вид накладывается на основу в разном количестве.

От этого и зависит общая толщина покрытия. Самый простой метод — обрызг. Он наносится на стены с помощью кисти или веника и палки.

Кисть или веник обмакивается в рабочий раствор и ударяется о палку. Брызги отлетают и оседают на основании. Толщина при таком покрытии составляет 10-12 мм.

При улучшенной штукатурке делается обрызг, наносится грунт и выполняется накрывка. Отделка — 12-15 мм.

Для достижения высокого качества наносят обрызг, затем 2 или 3 слоя грунта, которые покрываются накрывкой. Рекомендуемая толщина покрытия — 15-20 мм. Иногда оно может быть еще толще.

Оштукатуривание кирпичных стен очень эффектно, хорошо держится, дает возможность поверхностям дышать. Толщина накладываемого раствора — 5-10 мм.

Покрытие хорошо скрывает неровности поверхности. Они выравниваются методом обрызга, толщина которого 4-5 мм. Далее наносится грунт.

Он может быть нанесен несколько раз. Каждый слой нужно хорошо просушить. Общая толщина грунта бывает 5-7 мм.

При большей толщине нужна специальная сетка. Поверх грунта накладывается тонкая накрывка. Его толщина — до 2 мм.

Как наносить покрытие на стены

Как штукатурить стены в доме? Чтобы правильно штукатурить кирпичные стены внутри дома, можно применять маяки.

Это особые направляющие, которые крепятся к стене для ограничения толщины укладываемого слоя материала. Чаще всего они бывают металлические или деревянные. В продаже можно встретить их размеры в 3 или 4 метра при толщине 6 и 10 мм.

Для их установки нужно по стене пройтись отвесом. Он покажет вертикальность на разных участках поверхности. Устранить недостатки можно подкладыванием под маяки большего или меньшего количества раствора.

Раствор под маяки укладывается в виде пятачков диаметром 10-15 см. Высота их регулируется отвесом. Раствор для этих целей нужно замешивать густой, иначе он просто сползет со стены.

На пятачки кладется маяк и утапливается в растворе. Его положение по вертикали контролируется уровнем. Подобные маяки устанавливаются через каждые 100-120 см.

После установки и проверки маяков начинается процесс штукатурки кирпичных стен своими руками. Раствор набрасывается между маяками чуть выше их пределов. Остается взять правило, наложить его на поверхность маяков и выровнять слой штукатурки.

Должна получиться практически ровная вертикальная поверхность. Отштукатурить стену правильно и сделать это своими руками — это сэкономить немалые средства. Потраченное на работу время будет компенсировано длительностью срока службы покрытия стен.

Заключение по теме

Чем штукатурить кирпичную стену?

Раствором, который может быть изготовлен на основе цемента, гипса или извести. Большое значение имеет толщина покрытия. При малой толщине не закроются дефекты стен, будет проглядывать сетка из кирпичей.

При слишком толстом слое раствор может потечь с поверхности, что приведет к лишней затрате денежных средств и собственного рабочего времени. Рекомендуемый минимум — 5 мм, максимум — 20 мм. Можно наносить слой до 70 мм, но делается это только с применением армирующей сетки.

Перед штукатуркой стены нужно правильно подготовить.

Для этого выполняют очистку кирпича от штукатурки, нанесенной ранее. Очищаем поверхность от крепежных деталей, оставшихся в кладке, от старого раствора. Очищенную поверхность лучше зашпаклевать и прогрунтовать.

Отделка помещений с внутренними поверхностями требует меньшего количества материалов, чем штукатурка внешних стен. При нанесении толстого слоя можно использовать: пластиковую сетку «Плурима», стеклосетку, синтофлекс, армафлекс, обычную стальную или оцинкованную сетку. В качестве маячков можно использовать перфорированные угловые профили.

Чем штукатурить кирпичные стены, — понятно. Остается приготовить материалы и смело браться за дело.

Источники:

• www.remotvet.ru
• house-lab.ru
• freshremont.com
• kamedom.ru

Толщина слоя горячего цинкования: ГОСТ, особенности цинкования

При использовании изделия в агрессивных средах, велика вероятность появления коррозии. Это результат окислительного процесса, который проявляется при контакте с кислородом, водой, биологически-активными организмами.

Для того, чтобы справиться с такой проблемой, используется метод горячего цинкования. В результате на поверхности появляется равномерная пленка, которая отталкивает все потенциальные негативные факторы.

В этой статье мы расскажем о том, как толщина слоя горячего цинкования влияет на качество защитного покрытия и что стоит учитывать при оценке качества проведенной работы.

Особенности процесса горячего цинкования

В промышленности активно используется сразу несколько методов оцинковки. К ним относятся такие, как гальваническое осаждение, диффузное насыщение, газометрическое напыление.

Особенно хорошо показывает себя оцинковка после окунания в расплав. Наша компания предлагает вам именно такие услуги.

После того, как процесс завершен, металл оказывается хорошо защищен от всех потенциальных внешних проблем. При этом само покрытие оказывается очень прочным и стабильным.

Слой не стирается, не трескается, исключено потенциальное появление множества других видов повреждения.

При этом, оцинкованные изделия можно будет использовать при контакте с агрессивными средами, а также на открытом воздухе при контакте с атмосферой.

Обработка изделия проводится по специально определенной технологии.

Температура расплавленного цинка составляет 450-480 °С.

Покрытие остается очень ровным, качественным, без дефектов и недостаточно плотно покрытых участков.

Толщина горячего цинкования по ГОСТ

Основной документ, который регламентирует выполнение процедуры горячего цинкования – ГОСТ 9.307-89.

В этом стандарте приводится много важной информации, а также прописывается предельная толщина покрытия.

При использовании метода горячего цинкования, в соответствии с ГОСТ, толщина должна составлять 40-200 мкм. Толщина при этом оказывает значительное влияние на то, в каких условиях может использоваться определенное изделие. При этом можно не использовать слишком толстый слой там, где для этого нет прямой необходимости.

Большая толщина покрытия после горячего цинкования необходима для того, чтобы изделия могли эксплуатироваться в морском тропическом климате, а также в сложных промышленных условиях.

Еще один фактор, который влияет на предполагаемую толщину – желаемая продолжительность использования изделия.

Особенности и преимущества использования горячего цинкования

Толщина цинкового покрытия при горячем цинковании во многом зависит от того, какой вариант процесса был использован. Такой способ может свободно применяться в работе с разными деталями и другими исходными характеристиками.

Наша компания проводит качественное оцинковывание с применением окунания в специальные ванны. Одна из наших емкостей – самая глубокая в ЦФО и в ней можно обрабатывать даже очень крупные детали.

В пользу того, чтобы выбрать такой вариант, говорит сразу несколько важных преимуществ:

• Универсальность. Такой метод применяется при обрабатывании изделия с разными размерами и характеристиками. В работе можно использовать детали даже со сложной геометрией.
• Покрытие отличается возможностью к самовосстановлению. Даже если деталь по каким-то причинам сильно повреждена, со временем на поврежденной поверхности будет восстанавливаться оксидный слой. Таким образом удается компенсировать сколы, царапины, удары и другие распространенные дефекты, которые могут появиться при использовании.
• Требования к качеству обрабатываемой детали минимальны. На изделии могут оставаться различные неровности, шероховатости. Сам цинк хорошо заполняет все небольшие неровности, так что итоговое покрытие остается очень ровным и качественным.

Наша компания готова быстро и качественно провести процесс цинкования. Мы готовы ответить на все интересующие вопросы, обеспечить быструю доставку даже большого объема оцинкованных изделий.

Чтобы рассчитать стоимость и получить ответы на другие интересующие вас вопросы, оставьте заявку на сайте.

Вернуться к статьям

Поделиться статьей

Максимальная толщина штукатурки стен

Выровнять стены перед финишной отделкой помещения можно при помощи штукатурки. Этот способ предварительной отделки стен имеет ряд неоспоримых преимуществ: невысокая стоимость материала и возможность выполнить все работы самостоятельно. Даже человек далёкий от строительства может освоить технологию штукатурки стен буквально за считанные минуты. Главное, это знать максимальную толщину наносимого материала при выполнении отделки стен. Учитывается и материал поверхности, по которой будут проводиться работы.

Разновидности штукатурки

Для отделки помещений используется несколько видов смесей. Они отличаются своим составом и целевым применением. Классифицировать штукатурные составы их можно следующим образом:

• Простая. Используется в тех случаях, когда не требуется специальная отделка. Наносится на стену в два слоя.
• Улучшенная. Хорошо подходит под обои. Такую штукатурку наносят на стену тремя слоями – обрызгивание, грунтование и накрывка.
• Высококачественная. Применяется для подготовки стен под покраску. Наносится в несколько слоёв. В процессе работы рекомендуется использовать специальные маяки.

По своей структуре штукатурка может быть мокрой или сухой.

В первом случае это цементосодержащая смесь, которая надёжно сцепляется с поверхностью. Она нетребовательна к уровню влажности в помещении. Из недостатков можно отметить длительное высыхание материала.

Сухая штукатурка более удобна в работе. В её состав входит гипс или известковые смеси. К недостаткам относится требовательность материала к влажности воздуха в помещении.

Толщина для различных оснований

Сразу стоит отметить, что слой раствора на стене должен быть минимальный. Излишняя толщина приведёт к тому, что под собственным весом штукатурка будет трескаться. Рассмотрим, какой должна быть максимальная толщина штукатурки на конкретных примерах.

Кирпич

Для кирпичных стен, характерен определённый рельеф, поэтому минимальное количество раствора должно быть 5 миллиметров. Наносить меньше не имеет смысла, так как возникнут проблемы с выравниванием материала. Максимальное значение может доходить до 5 сантиметров. Для такой толщины необходимо использовать армированную сетку. Максимально допустимый слой штукатурки без сетки не должен превышать 2-2,5 сантиметра.

Бетонное основание

Благодаря своей структуре бетон неплохо сцепляется с любыми отделочными материалами и обладает довольно ровной поверхностью. Толщина штукатурки для бетонных стен начинается от 2-х миллиметров. Максимально накидывать раствора без использования сетки можно до 20 мм. С армированной сеткой толщина может достигать 7 сантиметров.

Газобетонные блоки

По своей структуре эти изделия напоминают бетон, поэтому минимальное количество смеси такое же, как и в предыдущем случае. Максимально допустимое значение может варьироваться от 8 до 15 миллиметров. Всё зависит от кривизны стен.

Деревянные поверхности

Сцепить смесь с деревом не так-то просто. Поэтому перед началом работ на деревянную стену устанавливают металлическую или пластиковую сетку. Оптимальный размер ячеек не более 40 миллиметров. Металлическая сетка крепится к поверхности при помощи саморезов, пластиковая сажается на клей. Раствор наносится в два слоя. Толщина первого большой роли не играет. Он наносится с целью скрыть сетку. Толщина второго слоя колеблется от 1,5 до 2 сантиметров.

Гипсокартон

Сам по себе гипсокартон является неплохим отделочным материалом, поэтому он редко нуждается в дополнительном выравнивании. Если возникла необходимость нанесения штукатурки, минимальный слой составляет 1,5 мм, максимальный 10. Если на гипсокартон наносится максимальное количество штукатурки, необходимо предварительно установить пластиковую сетку.

Утеплители

Как и в случае с деревянными поверхностями, утеплитель штукатурится в два этапа: первый закрывает армирующую сетку – 1,5 сантиметра, второй слой – выравнивающий – 1-2 см. Эти данные применимы ко всем видам утеплителя, включая минеральную вату и пенопласт.

Рабочий процесс

Оштукатуривание стен включает в себя нанесение нескольких слоёв. Каждый наносится с определённой целью.

Обрызг

Предварительный слой, который наносится на голую стену. Цель обрызга – связать между собой стеновую поверхность со штукатурной смесью. Для обрызга необходимо использовать жидкую смесь. Штукатурку просто набрасывают на поверхность стены, оставляя как можно больше неровностей. По кирпичу, бетону и газобетонным блокам толщина обрызга составляет 5 миллиметров, для деревянных поверхностей – 9 мм (с учётом армирующей сетки).

Грунт

Это основной слой штукатурки. Грунт наносится после того как обрызг немного схватится. Нельзя допускать полного высыхания предварительного слоя, это затруднит сцепление материалов. Для грунта используется смесь более густой консистенции. Наносится он следующим образом: небольшое количество штукатурки бросается на стену и сразу выравнивается. Процедура повторяется до тех пор, пока не будет заштукатурена вся стена. Чтобы оптимизировать процесс можно перед обрызгиванием установить на стену специальные маяки. Это металлические или пластиковые направляющие, которые выставляются по уровню на необходимую толщину слоя штукатурки. Расстояние между маяками – 1-1,2 метра. Грунт набрасывается между маяками и разглаживается.

Если для грунта используется гипсовый или известковый раствор, рекомендуемая толщина составляет около 7 миллиметров. Для цементных смесей, оптимальная толщина грунта  – 5 мм.

Накрывка

Это финишное покрытие, предназначенное для устранения небольших дефектов и погрешностей. Для накрывки используются смеси, фракция которых не превышает 2 миллиметра. Финишный слой наносится широким шпателем, но не набрасывается на поверхность, как в предыдущих случаях, а плотно прижимается и разглаживается круговыми движениями. Толщина должна быть минимальной для всех видов поверхностей. После накрывки производится затирка оштукатуренных стен.

Бывают случаи, когда раствор наносится в один слой. Толщина штукатурки на цементной основе не должна превышать 2 см, известковые и гипсовые смеси – 1,5.

Допустимые отклонения

Толщина штукатурки на стене прописана в строительных нормах и правилах (СНиП), акт 3. 04. 01-87. Здесь указаны все нормы для изоляционных и отделочных покрытий.

1. Для простой штукатурки максимально допустимое отклонение в вертикальной плоскости, не более 3 миллиметра. Для высококачественных смесей, этот показатель не должен превышать одного миллиметра.
2. По всей стене (в вертикальной плоскости) допускается не больше 15 миллиметров для оштукатуривания простыми смесями и 5 мм для высококачественных материалов.
3. Стоит отметить, что даже число погрешностей строго регламентировано. На участок площадью в 4 квадратных метра, допускается не более трёх дефектов. И это при работе с простой смесью. Для высококачественной требования ещё строже, не более двух.
4. Глубина неровностей не должна превышать показатели в 5 и 2 миллиметра. Для простых и высококачественных материалов соответственно.
5. Для выполнения работ в горизонтальной плоскости, требования такие же. Поэтому не имеет смысла их повторять.
6. Помните, что существуют определённые требования и к влажности черновой стены. Этот показатель должен быть в пределах 8%. Чтобы определить уровень влажности, существует специальный прибор – влагомер. Если устройства нет, можно просто осмотреть стену. Она должна быть сухой визуально и на ощупь.

Вывод

Оштукатуривание стен не такая уж сложная процедура, как кажется на первый взгляд. Главное, это правильно подготовить основание и следить за толщиной укладываемого покрытия. Запомните и несколько практических советов.

• Если раствор наносится в несколько слоёв, общая толщина которых превышает 3 сантиметра, обязательно используйте армирование.
• Тщательно подготавливайте основание. Наплыв на стене толщиной всего в 1,5 миллиметра, увеличит количество используемого материала минимум на 3-4 мешка.
• Пользуйтесь маяками, чтобы максимально упростить себе работу.

О толщине слоя герметика – Блог СМС #14

Согласно Техническим условиям слой герметика Стиз А и Стиз В должен иметь толщину от 3,5 до 5,5 мм. Это толщина до усадки. Если нанести герметик такой толщиной, то после усадки толщина слоя составит от 3 до 4,5 мм. Сегодня мы бы хотели рассказать, почему толщина именно такая. А в одном из следующих постов мы расскажем, как измерять толщину слоя герметика на объекте.

Начнем с того, что для герметиков, которые наносят на монтажную пену, существует минимальная толщина нанесения: при слишком малой толщине герметик не сможет выдержать поверхностные трещины, возникающие в монтажной пене из-за деформаций в монтажном шве. ГОСТ 30971-2012 задает минимальную толщину слоя герметика в 3 мм. Собственно, именно это требование ГОСТа и определяет минимальную толщину герметика после усадки (как для наружного, так и для внутреннего слоев).

Теперь объясним ограничение в 4,5 мм. Начнем с наружного слоя монтажного шва. ГОСТ 30971-2012 требует, чтобы сопротивление паропроницанию наружного слоя составляло не более 0,25 Па∙м²∙ч/мг. При этом сопротивление паропроницанию прямо пропорционально толщине слоя, а это значит, что для наружного герметика должна существовать некоторая максимально допустимая толщина. Как же рассчитать эту толщину?

Она определяется следующим образом. Герметик наносят с некоторой погрешностью: если мы захотим нанести, например, слой 3 мм, мы вряд ли попадем прямо в 3 мм – скорее всего, мы нанесем либо чуть меньший, либо чуть больший слой, но не ровно 3 мм. Как показала практика, обычный человек, хотя бы немного повозившись с герметиком, легко попадает в диапазон шириной 1,5 мм (измеряется после усадки). То есть 1,5 мм – это допуск толщины нанесения. Поэтому наружный герметик должен быть такой ^[1], чтобы он был работоспособен на толщине 3 + 1,5 = 4,5_-1,5 мм, то есть чтобы на толщине 4,5 мм он еще удовлетворял требованию по сопротивлению паропроницанию наружного слоя.

Эскиз 1. Объяснение размерной цепи для толщины нанесения

В принципе, мы могли бы сделать герметик такой, чтобы наносить его можно было и большей толщиной, например, до 10 мм, но каждый лишний миллиметр в толщине обходится увеличением паропроницаемости герметика, а это, в свою очередь, приводит к его удорожанию. Собственно, здесь и кроется причина, почему наш Стиз А дороже конкурентных материалов. Чтобы герметиком можно было работать, необходимо оставить для монтажника приемлемый допуск толщины нанесения. Мы оставляем ранее определенные из практики нанесения полтора миллиметра. Как наши конкуренты, задавая для своих герметиков из-за их низкой паропроницаемости максимальную толщину нанесения в 3 мм, а иногда и в 2,5 мм, предлагают наносить свои герметики (толщина которого должна быть не меньше 3 мм по требованию ГОСТ), мы искренне не понимаем.

Откуда тогда берется ограничение в 4,5 мм для Стиз В, ведь внутренний слой наоборот должен быть пароизоляционным, и логично было бы не ограничивать его толщину? Здесь ограничение возникло по другим соображениям. Раньше в Технических условиях было указано, что герметик Стиз В можно наносить толщиной просто – не менее 3,5 мм. И были случаи, когда монтажники наносили слой 25 мм и выше. Во-первых, это дорого. А во-вторых, такой толстый слой может стечь со шва: окна, где применяется Стиз В, находятся в гравитационной яме Земли, и нельзя пренебрегать силой тяжести в одну g в области нанесения герметика, вызванной колоссальной массой нашей планеты. Поэтому ввели такое же ограничение, что и для Стиз А.

↑  ^[1] При разработке Стиз А мы учли еще и потери герметика на заполнение открытых при подрезе пены пор. Подробнее с этим вопросом можно ознакомиться здесь.

Какая должна быть толщина слоя порошковой краски

Порошковая краска – прочное и эстетичное покрытие, устойчивое к царапинам, сколам и образованию потёртостей. Толщина слоя порошковой краски определяется способом её нанесения и условиями выполнения работы.

Для получения качественного покрытия необходим особый микроклимат в покрасочной камере, а параметры температуры, влажности, скорости нанесения, должны точно соответствовать нормативам.

Какой должна быть толщина слоя порошковой краски

На этот параметр влияет фракционный состав краски. С частицами меньшего размера можно получить более тонкий качественный слой краски, не беспокоясь о том, что какие-то части останутся не прокрашенными.

На гладкой поверхности слой может быть более тонкий, чем на рельефной, или структурированной. Наличие в окрашиваемой детали отверстий, разъёмов, углов требует более толстого слоя нанесения.

• Толщина слоя порошковой краски для декоративных целей – от 40 мкм;
• защитно-декоративное покрытие должно иметь толщину от 80 мкм;
• если требуется высокое качество защиты, краску необходимо наносить минимум в два слоя. Например, эпоксидные составы наносят поочередно слоями по 100 мкм, получая покрытия в 300 – 500 мкм. Такая технология используется для окраски небольших изделий сложной формы, например, элементов электродвигателя, труб, катушек, сеток.

Преимущество полимерно-порошковых составов в экономном расходе. Если толщина слоя увеличивается, возрастают расходы на окрашивание, что особенно заметно при промышленном использовании. Слишком толстый неправильно рассчитанный слой никак не улучшает качество покрытия, наоборот, в структуре покрытия могут возникать пузыри или крупные поры.

Для сокращения расходов фракционный состав, нужный плёнкообразователь, плотность краски необходимо подбирать только после того, как выяснились все особенности окрашиваемого изделия.

Методы нанесения порошковой краски

Наиболее распространены три способа окраски:

Погружение в псевдоожиженный (кипящий) слой. Толщина покрытия может достигать 1000 мкм.

Используется для крупных деталей, требует довольно большого расхода порошка, используется для деталей простой формы, тонкий слой получить невозможно.

Выбор способа нанесения краски должен определяться начальными параметрами. Есть три основных распространенных типа порошковой окраски:

Трибостатическое напыление. Специальное оборудование позволяет получить качественный слой краски с предельной толщиной более 250 мкм: с трибо-зарядкой краска попадает даже в труднодоступные места.

Электростатическое напыление. Так наносятся наиболее тонкие слои и можно окрашивать изделия сложной формы. Частицы изначально заряжаются в электростатическом поле. Толщина краски за один цикл составляет от 35 мкм. Обычно процесс полностью автоматизирован.

Методы контроля

Современные способы позволяют контролировать толщину покрытия без его разрушения. Специальные приборы используются как на магнитных, так и на немагнитных поверхностях. Микрозонды позволяют замерить толщину даже на труднодоступной поверхности. Приборы, оснащённые карбидным зондом, могут измерять покрытие дол 1000 мкм, их чаще всего используют на производстве для крупных партий изделий. Усовершенствованные модели могут замерять слой краски на деталях, только что вытащенных из сушильной печи, ещё до их остывания.

• Толщину покрытия на стали измеряют, как правило, магнитными измерительными приборами;
• На алюминиевых и титановых сплавах — приборами, принцип действия которых – вихревые токи;
• На пластиках, древесине, бетоне и прочих неметаллических изделиях – ультразвуком.

Слишком толстое эпоксидное покрытие часто имеет недостаточную адгезию, слоится, откалывается от основания. Если же слой окажется слишком тонким, краска не покроет всю поверхность ровным слоем, и не обеспечит требуемую защиту от коррозии (для стальных изделий), или от окисления (для алюминиевых сплавов). Недостаточная толщина сделает покрытие неэстетичным.

Толщина слоя порошковой краски может влиять на гибкость, твёрдость, сопротивление механическим нагрузкам, действию агрессивных сред.

Результаты измерения дают возможность регулировать процесс окраски в соответствии с рекомендациями производителя краски и требованиями заказчика.

Влияние толщины слоя на свойства поверхности материалов для 3D-печати, изготовленных из древесной муки / нити PLA

https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2018.09.009Получить права и содержание

Основные моменты

•

Эффект толщины слоя от качества поверхности 3D-печатной древесины / PLA.

•

В экспериментах использовались четыре различных печатных слоя 0,05, 0,1, 0,2 и 0,3 мм.

•

Толщина слоя 3D-печати существенно повлияла на качество поверхности образцов.

•

Гладкость поверхности образцов значительно улучшилась с уменьшением печатного слоя.

•

Смачиваемость образцов увеличивалась с увеличением толщины печатного слоя.

Реферат

Когда материалы для 3D-печати используются в качестве основы для тонких покрытий или жидких покрытий поверхности, их шероховатость и смачиваемость играют важную роль в определении качества конечного продукта.В этом исследовании изучалось влияние толщины слоя печати на шероховатость поверхности и смачиваемость образцов, напечатанных на 3D-принтере из древесной муки / нити PLA, имеющей 1,75 мм. Для этой цели при производстве образцов, напечатанных на 3D-принтере, использовались четыре различных слоя печати: 0,05 мм, 0,1 мм, 0,2 мм и 0,3 мм. Средняя шероховатость (R _a ), средняя высота от пика до впадины (R _z ) и максимальная высота от пика до впадины (R _y ) учитывались для оценки характеристик поверхности образцов.Поверхностные свойства образцов определяли с помощью профилометра со стилусом (Mitutoyo SJ-301). Смачивание образцов характеризовали методом краевого угла (гониометрическая методика). Гладкость поверхности образцов значительно улучшилась с уменьшением печатных слоев. Смачиваемость образцов значительно увеличивалась с увеличением толщины печатного слоя.

Ключевые слова

Трехмерный (3D) принтер

Древесная мука

Полилактическая кислота (PLA)

Шероховатость поверхности

Смачиваемость

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Полный текст

© 2018 Elsevier Ltd.Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Оценка толщины слоя – PetroWiki

Обычно толщина пласта (пласта) выражается в футах и ​​округляется до ближайшего фута, хотя большинство современных каротажных диаграмм записываются в цифровом виде каждые 6 дюймов. Многие резервуары мира измеряются в метрических единицах, а толщина выражается в метрах. В этом режиме толщина округляется с точностью до 0,1 м.

Границы пластов обычно легче всего измерить из всех коллекторских свойств; однако есть несколько смертельных ловушек, которые поджидают неосторожных.Знания геолога о типах горных пород в спектре в целом (и в интересующей скважине, в частности) могут быть использованы.

Пески и сланцы

Термин «песок» используется в общем и может также относиться к песчанику или другим силикокластическим образованиям. Термин «сланец» используется в общем и может также относиться к глинистой породе или аргиллиту. Когда пласты коллектора в основном состоят из песка [обычно с низким гамма-излучением (GR)] и сланца (обычно с высоким GR), то каротажный каротаж обычно можно использовать для выбора границ пластов.Точка перегиба скорости счета GR, выраженная в единицах Американского института нефти (API), выбрана в качестве границы слоя. (См. Примеры в статье по ядерному каротажу). Выбор толщины пласта для определения обычно делается геологом в основном на основе навыков распознавания образов, выработанных во время определения месторождения. Не все песчаные пласты имеют низкие уровни GR. Если песчаный слой содержит значительные количества калиевого полевого шпата, слюды или вулканического мусора, пески могут быть такими же радиоактивными, как и сланцы, и их трудно отличить друг от друга.В этом случае каротаж самопроизвольных потенциалов (SP) часто используется, если скважина пробурена в буровом растворе на водной основе. Опять же, точка перегиба бревна используется для обозначения границы пласта. (См. Примеры в каротажных диаграммах удельного сопротивления и SP). Однако в средах с низкой пористостью и высоким сопротивлением SP подавляется, и на него нельзя полагаться как на индикатор границы пласта.

Еще один инструмент, который можно использовать для обозначения границ пласта, – это электрический журнал (удельное сопротивление или проводимость). Этот каротаж наиболее полезен, когда сланцы водоносны, а пески не содержат сланцев и содержат углеводороды.Однако граница пласта больше не находится в точке перегиба каротажа, а смещена на половину расстояния между электродами инструмента, используемого для измерения удельного сопротивления. Каждая обслуживающая компания имеет карты, которые помогут петрофизикам определить правильное смещение, в то время как многие компьютерные продукты для буровой площадки автоматически учитывают это смещение. Наилучшее разрешение обеспечивают электрические или акустические каротажные диаграммы скважин, но эти каротажные диаграммы обычно не ведутся из-за их дорогостоящих затрат на сбор и обработку.На страницах по специализированным темам ГИС приведены примеры журналов изображений скважин. Если скважина пробурена в буровом растворе на нефтяной основе, то каротаж SP недоступен, и каротаж плотности / нейтронного излучения можно использовать для определения песка из сланца. Если плотностный / нейтронный каротаж представляет собой современный инструмент с цифровым отбором проб, то точку перегиба можно использовать в качестве границы пласта. Если, однако, каротаж плотности / нейтронного каротажа является более старым аналоговым прибором, граница пласта может быть смещена из-за настроек сопротивления. Публикации поставщиков доступны для помощи пользователю в определении смещения.Акустическая каротажная диаграмма ствола скважины является вариантом для небольших скважин и легких буровых растворов на нефтяной основе. Каротаж ядерного магнитного резонанса (ЯМР) также полезен для различения зон, которые имеют подвижные жидкости, от зон, содержащих связанные жидкости (см. Примеры ядерно-магнитного резонанса (ЯМР)).

Карбонаты

Когда пласты-коллекторы обычно состоят из карбонатов (например, известняков и / или доломитов), определение пластов становится более сложным. В этом случае наличие и отсутствие пористости определяет резервуар от уплотнения; таким образом, каротаж GR может оказаться бесполезным для определения границ пластов.Точно так же карбонаты обычно находятся в режиме более высокого удельного сопротивления, и каротаж SP малопригоден. Таким образом, в этой среде можно полагаться на инструмент, чувствительный к пористости, чтобы очертить границы пласта, такие как плотность, нейтронный каротаж или акустический каротаж. Журналы изображений ствола скважины также полезны, когда ствол скважины относительно ровный. Большие каверны и смывы делают показания этих инструментов недействительными. (На странице, посвященной специальным темам каротажа, есть пример каротажа скважины в карбонатной формации.)

Что считать

Определить общую толщину слоя несложно; однако определить, какая часть данного пласта содержит добываемые углеводороды, сложно.В настоящее время не существует единого стандарта, санкционированного SPE или API в отношении определения или метода определения чистой заработной платы. Одна из наиболее частых проблем – это небольшая толщина слоев, содержащих углеводороды. Некоторые общие условия осадконакопления могут привести к отложению песков и сланцев в зоны, более тонкие, чем разрешающая способность почти всех каротажных диаграмм. Невозможно напрямую сосчитать то, что нельзя увидеть. В этом случае мы соглашаемся на более толстые средние значения, которые математически приравниваются к правильным объемам жидкости (т.е.е. рассчитайте, что от глубины X до глубины X + 30 футов отношение песка к глинистому сланцу составляет 0,5; таким образом, он содержит 15 футов породы пластового качества в слоях, слишком тонких для индивидуального разделения). Наконец, можно разрезать сплошной керн сверху через дно рассматриваемого коллектора и, если удастся извлечь 100% керна на поверхности, можно использовать сложные методы анализа керна для определения толщины пласта. слоев с точностью и точностью лучше, чем любая другая часть резервуара, оставшаяся на Земле.Из-за высокой стоимости резки и анализа всего керна этот метод используется редко, если не доказано, что какой-либо другой метод работает.

Интересные статьи в OnePetro

Используйте этот раздел, чтобы перечислить статьи в OnePetro, которые читатель, желающий узнать больше, обязательно должен прочитать

Внешние ссылки

Используйте этот раздел, чтобы предоставить ссылки на соответствующие материалы на веб-сайтах, отличных от PetroWiki и OnePetro.

См. Также

Определение чистой заработной платы

Идентификация контактов жидкости

Источники петрофизических данных

Примеры из практики петрофизического анализа

Петрофизика

PEH: Петрофизика

PEH: Петрофизические_приложения

Зависимость толщины активного слоя от влажности почвы

Толщина активного слоя (ALT) является критическим показателем для мониторинга вечной мерзлоты.Как влажность почвы влияет на ALT, зависит от двух конкурирующих гипотез: (а) повышенная влажность почвы увеличивает скрытую теплоту плавления для оттаивания, что приводит к более мелким активным слоям, и (б) повышенная влажность почвы увеличивает теплопроводность почвы, что приводит к более глубоким активным слоям. Чтобы исследовать их относительное влияние на глубину оттаивания, мы проанализировали набор данных полевых измерений влажности почвы и толщины активного слоя (SMALT) на Аляске и в Канаде, состоящий из тысяч измерений глубины оттаивания и влажности почвы, собранных на десятках участков на Аляске и в Канаде. в рамках эксперимента НАСА по арктической бореальной уязвимости (ABoVE).По мере увеличения объемного объемного содержания воды (VWC), интегрированного по всему активному слою, ALT уменьшается, что подтверждает гипотезу о скрытой теплоте. Однако, когда VWC в верхних 12 см почвы увеличивается, ALT увеличивается, подтверждая гипотезу теплопроводности. Региональные колебания температуры определяют базовую глубину оттаивания, в то время как осадки могут влиять на чувствительность ALT к изменениям VWC. Скрытая теплота почвы преобладает над теплопроводностью при определении ALT, и влияние объемного VWC на ​​ALT, по-видимому, одинаково для разных участков.

Вечная мерзлота – это грунт, температура которого не превышает 0 ° C в течение двух или более лет подряд. Вечная мерзлота покрывает примерно 80% поверхности суши Аляски (Jorgenson et al 2008) и 24% Северного полушария (Zhang et al 1999, 2000). Вечная мерзлота включает коренные породы, лед, минеральную почву и вдвое больше углерода, чем атмосфера, в виде замороженного органического вещества (Hugelius et al 2014). По мере таяния вечной мерзлоты это органическое вещество также будет таять и разлагаться, выделяя в атмосферу углекислый газ и метан, усиливая потепление, уже вызванное антропогенными выбросами (Зимов и др. 2005, Schuur et al 2008, Schaefer и др. 2011, 2014).Оттепель может также вызвать оседание земли, повреждая здания и другую инфраструктуру. Температура вечной мерзлоты повысилась с 1980-х годов (Biskaborn et al , 2019), и в результате этого начала таять вечная мерзлота (Zhang and Stamnes 1998, Smith et al ). 2001, Schuur et al 2008, Турецкий и др. 2020).

Активный слой – это слой земли над вечной мерзлотой, который тает летом и повторно замерзает зимой.Толщина активного слоя (ALT) определяется либо как максимальная глубина оттаивания в конце летнего сезона оттепелей, либо как максимальная глубина изотермы 0 ° C (Schaefer et al 2011). Всемирная метеорологическая организация определила ALT как важную климатическую переменную для мониторинга состояния вечной мерзлоты (Michaelides et al 2019). Колебания температуры воздуха по мере приближения и убывания сезонов оказывают сильнейшее влияние на ALT (Zhang and Stamnes 1998, Wang et al ). 2018).Однако ALT также зависит от физических и тепловых характеристик поверхности земли, которые регулируют поток энергии в почву и из нее. Зимой снег изолирует почву, в результате чего температура грунта на 3–4 ° C выше, чем температура воздуха (Zhang et al 2005). Летом мох изолирует почву, в результате чего активные слои становятся более мелкими (Nakano and Brown 1972, Hinzman et al 1991, Роча и Шейвер 2011). Снежный и растительный покров, а также топография, поток подземных вод, поверхностные водоемы, свойства почвы, содержание органических веществ в почве и история пожаров – все это влияет на термодинамические свойства почвы и, таким образом, ALT (Woo 2012, Zipper et al ). 2018).

Влажность почвы, в частности, сильно влияет на термодинамические характеристики почвы (Schaefer et al 2009 г.). Вода обладает высокой теплоемкостью, высокой скрытой теплотой плавления и высокой теплопроводностью, а лед имеет теплопроводность в 3–4 раза выше, чем у жидкой воды (Nakano and Brown 1972, Hinkel et al 2001). Влажность почвы количественно определяется как объемное содержание воды (ОСВ), которое определяется как объем воды, деленный на общий объем почвы.VWC зависит от пористости почвы, размера зерна и органического вещества, и некоторая часть воды в пустотах между зернами остается незамерзшей даже при температурах от -10 ° C до -20 ° C (Романовский и Остеркамп 2000, Линг и Чжан 2004) . Растительность играет многогранную роль – от буферизации стока воды до защиты почвы от изменения температуры воздуха (Genxu et al 2008 г.). VWC определяет теплоемкость и теплопроводность почвы, влияя на поток энергии в почву и из нее и, таким образом, на ALT и температуру почвы (Romanovsky and Osterkamp 2000, Wang et al 2020).

Влияние VWC на ​​термодинамические свойства почвы поднимает вопрос: приведет ли более влажная почва к более глубоким или более мелким активным слоям? Уравнение Стефана, управляющее оттаиванием мерзлого грунта, указывает как теплопроводность, так и скрытую теплоту плавления, контролирующую глубину оттаивания (Walvoord and Kurylyk 2016, French 2017). Одна из гипотез, основанная на теплопроводности, предполагает, что повышенная влажность почвы будет способствовать увеличению потока энергии в почву и, таким образом, приведет к более глубокому активному слою.Наблюдения и численное моделирование, показывающие, что луковицы таяния ниже русел ручьев и более мелкие активные слои в осушенных поймах Сибири подтверждают эту гипотезу (Nakano and Brown 1972, Bradford et al 2005, Квон и др. 2016). Альтернативная гипотеза, основанная на высокой теплоемкости воды и скрытой теплоте плавления, предполагает, что мерзлым грунтам с высоким содержанием льда потребуется больше энергии для оттаивания, что приведет к более мелкому активному слою. Наблюдения и моделирование, показывающие, что более влажные почвы, как правило, имеют более мелкие активные слои, подтверждают эту гипотезу (Carey and Woo 1998, Zhang et al 2005).Если теплопроводность оказывает больший контроль над ALT, вода будет проводить больше тепла в почву, и мы ожидаем увидеть более глубокие активные слои в более влажных почвах. Если скрытое тепло обеспечивает больший контроль, для таяния льда потребуется больше энергии, и мы ожидаем более мелкие активные слои в более влажных почвах. В этой статье мы анализируем одновременные измерения глубины оттаивания и влажности почвы по всей Аляске, чтобы определить, какая гипотеза лучше всего описывает влияние VWC на ​​ALT.

2.1. Полевые измерения влажности почвы и толщины активного слоя (SMALT) в наборе данных Аляски и Канады

Понимание того, как влажность почвы контролирует термодинамику активного слоя, требует одновременных измерений VWC и ALT. В рамках полевой кампании NASA Arctic Boreal Vulnerability Experiment (ABoVE) был подготовлен набор данных полевых измерений влажности почвы и толщины активного слоя (SMALT) на Аляске и в Канаде, в котором были синтезированы тысячи данных о глубине оттаивания и измерения VWC для подтверждения результатов дистанционного зондирования ALT и влажности почвы (Schaefer et al. 2015, Schaefer et al 2021, Michaelides et al 2019).SMALT состоит из примерно 350 000 записей данных с более чем 100 сайтов, сделанных несколькими исследовательскими группами с 2009 по 2019 год (рисунок S1 (доступен на сайте stacks.iop.org/ERL/16/055028/mmedia)). SMALT включает в себя отдельные измерения, выполненные на отдельных участках исследований, а также исследования трансект общей протяженностью около 50 км по Аляске (Chen et al 2016, Джафаров и др. 2017, Уилсон и др. 2018). Основными измерениями в наборе данных SMALT являются глубина оттаивания, VWC и диэлектрическая проницаемость почвы.Вспомогательные данные включают метод измерения, дату и геопространственные координаты (таблица S1).

2.2. Сбор данных

SMALT включает 206 000 наблюдений ALT, измеренных с использованием либо механического зондирования (6,0%), либо георадара (GPR) (94,0%). Обычно команды проводили измерения в августе и сентябре, ближе к концу сезона оттепелей. Мы предполагаем, что глубина протаивания, измеренная в августе и сентябре, представляет собой приемлемое приближение к ALT. Скорость изменения глубины оттаивания замедляется в конце сезона, и разница между глубиной оттаивания в августе и окончательной ALT составляет ∼6%, в зависимости от широты и растительного покрова (Boike et al 1998 г., Чжан и Стамнес 1998 г., Хинкель и др. 2001, Михаэлидес и др. 2019).Механическое зондирование заключается в вдавливании градуированного Т-образного стержня в землю до тех пор, пока он не коснется стола вечной мерзлоты (рисунок S2). Механический зонд измеряет глубину оттаивания с погрешностью 3 см (Schaefer et al 2015, Чен и др. 2016).

Для измерений с помощью георадара передающая антенна излучает импульс с центральной частотой 500 МГц, который проходит вниз через активный слой и отражается от стола вечной мерзлоты (Schaefer et al 2015, Чен и др. 2016, Джафаров и др. 2017).Приемник измеряет время прохождения в двух направлениях (TWTT) как время от передатчика до стола вечной мерзлоты и обратно (рисунок S3). Команды протянули георадарную антенну по земле, чтобы получить многокилометровые разрезы с частотой импульсов ~ 3 Гц, что дает типичное среднее расстояние ~ 0,3 м. Из-за неровной топографии поверхности, в основном из-за кочков, не каждый импульс приводил к полезному отражению, поэтому SMALT включает около 140 000 записей георадара без ALT и VWC. Каждые несколько минут команды измеряли глубину оттаивания с помощью механического зонда в качестве точек калибровки для преобразования TWTT в скорость волны.Точки калибровки дают среднюю скорость волны для участка или региона для преобразования всей TWTT в глубины оттаивания. Стандартное отклонение скорости волны на каждом участке представляет собой неопределенность глубины оттаивания с типичной неопределенностью глубины оттаивания ∼20% (Chen et al 2016).

SMALT включает 16 000 измерений VWC, полученных с помощью георадара (22,1%), датчиков Hydrosense I и II (75,3%) и DualEM (2,6%). Для георадиолокационных измерений VWC мы делим глубину оттаивания на TWTT, чтобы получить скорость волны как меру диэлектрической проницаемости почвы:

где – диэлектрическая проницаемость почвы (-), v – скорость волны (мс ^-1 ), а C – скорость света в вакууме (2.998 × 10 ⁸ м с ^-1 ). Приборы Hydrosense I и II состоят из пары металлических стержней трех длин: 6, 12 и 20 см, вставленных в почву для измерения диэлектрической проницаемости почвы (рисунок S4). DualEM измеряет удельное электрическое сопротивление почвы (рисунок S5). Все три метода используют эмпирические петрофизические преобразования, основанные на лабораторных измерениях, для преобразования в VWC. При георадиолокационных измерениях использовалось петрофизическое преобразование Энгстрома и др. (2005), а в большинстве данных Hydrosense использовалось преобразование Топпа и др. (1980) (рисунок S6).Некоторые группы разработали петрофизические преобразования для конкретных участков на основе местных образцов почвы. Данные DualEM использовали петрофизическое преобразование Yu и Drnevich (2004) и Drnevich et al (2008). Все измерения VWC представляют собой среднее значение по глубине, достигнутой используемым инструментом (Bourgeau-Chavez et al 2010). Измерения Hydrosense представляют собой средний VWC поверхностного слоя почвы на глубину 6, 12 или 20 см, в зависимости от длины используемого зонда, который мы называем поверхностным VWC.Измерения VWC от GPR и DualEM представляют собой среднее содержание воды во всем активном слое, которое мы называем объемным VWC.

Для этого анализа мы использовали 7499 записей данных из SMALT с одновременными наблюдениями ALT и VWC из 48 разных мест (рисунок 1). Первоначально мы извлекли 8721 запись, но удалили 544 записи данных, сделанных в мае, когда глубина оттаивания, измеренная механическим зондированием, не дает разумного представления о ALT. Мы также удалили 59 записей данных с нереалистичными значениями VWC больше 1.00 см ³ см ⁻³ (рисунок S6). Наконец, мы усреднили измерения VWC для тех участков, где исследователи провели одно измерение глубины оттаивания и множество близко расположенных измерений VWC. В результате было получено 7499 записей одновременных наблюдений ALT и VWC, измеренных с середины до конца августа с 2013 по 2018 год. Измерения VWC для этих записей состоят из разрезов DualEM (5,5%), точек калибровки GPR (47,4%) и датчиков Hydrosense (47,1%). %). Почти все измерения ALT производятся механическим зондированием (90.2%), а оставшиеся 9,8% – от георадара. Сводные показатели для каждого сайта, включая среднюю широту, долготу и количество записей данных, можно найти в таблице S2.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 1. участков из SMALT с одновременными измерениями ALT и VWC, используемых в этом исследовании. Цвета показывают, как мы сгруппировали данные по регионам для статистического анализа. См. Рисунок S1, где представлена ​​карта всех сайтов в SMALT.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Поскольку количество наблюдений на каждом участке сильно варьировалось от 2 до 597, мы объединили данные с нескольких участков в группы примерно на основе региона и растительности (рис. 1). Уткиянвик (курган) расположены на арктической прибрежной равнине, состоящей из осушенных термокарстовых озер и открытой тундры, покрытой травой, мхом и лишайником. Участки Северного склона покрывают холмистые участки ледникового мусора, покрытые кочками и мхом.Все участки Фэрбенкса расположены в зоне северных лесов, обычно на открытых лугах из кочки и мха, в окружении лесных массивов черной ели и кустарников. Мы сгруппировали участок Колдфут к югу от хребта Брукс с участками Фэрбенкс из-за сходства растительности и характеристик поверхности. Участки перекрестка Дельты также встречаются в зоне бореальных лесов, но все они расположены в ландшафтах, в которых преобладает динамика реки Танана. Дельта Юкон-Кускоквин (YK) состоит из приподнятых торфяных плато, покрытых травой, мхом и лишайником, разделенных затонувшими термокарстовыми оврагами, заболоченными территориями и озерами.Участки полуострова Сьюард расположены в узких долинах, покрытых осоковой травой, мхом и лишайником, в окружении гор.

2.3. Анализ данных и статистика

Мы изучали ALT как функцию VWC, используя диаграммы рассеяния и линейную регрессию. Данные показали большую изменчивость в результате многих факторов, которые, как известно, влияют на ALT и VWC, таких как температура воздуха, осадки, поверхностная растительность, объемная плотность почвы, толщина органического слоя и т. Д. Из-за естественной фоновой изменчивости данных из-за всех этих факторов , мы использовали двумерные (2D) функции плотности вероятности (PDF), чтобы изолировать взаимосвязь между VWC и ALT (Schuster et al 2018).Чтобы создать 2D PDF-файлы, мы разделили VWC и ALT на бины равной и конечной ширины, используя Нормальное справочное правило Скотта (Скотт и Косар, 2015), и подсчитали количество (частоту) точек данных в каждой ячейке. Для каждого интервала VWC мы определили интервал ALT с наибольшим количеством точек, представляющих ALT с наибольшей вероятностью. Использование центральных координат интервалов ALT с наивысшей вероятностью создает новую диаграмму рассеяния со значительно меньшей изменчивостью, называемую диаграммой самой высокой вероятности. Затем мы рассчитали новые линейные регрессии, используя ALT с наибольшей вероятностью.Мы проверили статистическую значимость всех линейных регрессий, используя двухсторонний тест Стьюдента t с доверительным интервалом 95% ( p = 0,05). Статистически значимая взаимосвязь означает, что наклон линейной регрессии существенно отличен от нуля в 95% доверительном интервале.

Мы разделили данные по диапазону глубин измерений VWC и по регионам, повторив двухмерный анализ наивысшей вероятности для каждого подмножества. Разделение на глубину зонда изолирует эффекты VWC как функцию глубины в активном слое.Мы выделили четыре группы: VWC в верхних 6 см почвы, VWC в верхних 12 см почвы, VWC в верхних 20 см почвы и навалом VWC для всего активного слоя. SMALT включил только 54 записи данных о VWC в верхних 6 см почвы, слишком мало, чтобы выполнить 2D-анализ наивысшей вероятности (рисунок S7). Чтобы изолировать любые региональные различия, мы создали шесть группировок на основе географической области, как показано на рисунке 1.

Мы рассчитали энергию, необходимую для таяния льда всего активного слоя, используя скрытую теплоту плавления льда в воду.Мы использовали следующее уравнение

, где Q – энергия, необходимая для плавления льда во всем активном слое на единицу площади, определяемая площадью основания используемого инструмента (Дж · см ⁻² ), ρ – плотность воды при 0 ° C (0,9999 г · см ⁻³ ), а л _f – скрытая теплота плавления воды (334 Дж · г ⁻¹ ) (Tro et al 2019). Мы предполагаем, что температура почвы во время оттепели остается близкой к 0 ° C, так что плотность воды остается постоянной.Уравнение энергии объединяет ALT и VWC и служит дополнительным способом изолировать взаимосвязь между ними в данных с высокой изменчивостью фона. Мы использовали объемный VWC из измерений GPR и DualEM, поскольку они представляют собой среднюю влажность почвы по всему активному слою, что позволило нам рассчитать общее количество воды в столбе почвы на единицу площади.

Мы рассчитали среднюю летнюю температуру воздуха и общее количество летних осадков для каждого участка, используя версию 4 продукта Daymet (Thornton et al 2020).Мы извлекли среднесуточную температуру и осадки для тайла Daymet 1 × 1 км ² , соответствующего каждому участку. Мы сосредоточили внимание на сезоне летних оттепелей июня, июля и августа, соответствующих году измерений ALT и VWC. Для каждого участка мы рассчитали среднюю летнюю температуру воздуха и общее количество летних осадков с 1 июня по 31 августа. Более сильные весенние осадки увеличивают ALT, но мы не учли различия во времени весны между южными и северными участками (Neumann et al 2019).Чтобы нормализовать различное количество записей на сайт в региональном анализе, мы использовали средневзвешенное значение на основе процента от общего количества записей данных на сайт (таблица S3).

Диаграмма рассеяния и линейная регрессия всех данных показывают, что ALT уменьшается по мере увеличения VWC (рисунок 2 (a)). Низкое значение R ² для диаграммы рассеяния отражает изменчивость данных из-за множества других факторов, которые влияют на ALT и VWC. Тем не менее, из-за большого количества точек данных, наклон регрессии диаграммы рассеяния является статистически значимым ( p = 0.05). 2D PDF (рисунок 2 (b)) показывает сильные унимодальные пики как для ALT, так и для VWC. Пики ALT от 40 до 70 см и пики VWC от 0,45 до 0,65 см ³ см ⁻³ (рисунок S8). Линейная регрессия графика наибольшей вероятности (рисунок 2 (c)) показывает более постепенный наклон и немного более высокий R ² , чем график рассеяния, но наклон не является статистически значимым ( p = 0,05). Общий отрицательный наклон ALT с VWC указывает на снижение ALT по мере увеличения влажности почвы, что подтверждает гипотезу о скрытом тепле, но доказательств недостаточно, чтобы быть окончательным.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 2. ALT как функция VWC для всех данных, представленных в виде диаграммы рассеяния (a), 2D PDF (b) и графика максимальной вероятности (c). Серая заливка вокруг линейных регрессий представляет 95% доверительный интервал регрессии. Таблица S4 показывает полные уравнения регрессии и статистику.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Отношение между ALT и VWC, по-видимому, меняется в зависимости от глубины измерения VWC.ALT показал статистически значимую отрицательную корреляцию с объемным VWC, определяемым как среднее значение VWC по всему активному слою (рис. 3 (а)). ALT не показал статистически значимой связи с VWC в верхних 20 см почвы (рисунок 3 (b)). Однако ALT показал статистически значимую положительную корреляцию с VWC в верхних 12 см почвы (рисунки 3 (c) и S9). Статистически значимая отрицательная корреляция между ALT и объемным VWC поддерживает гипотезу скрытой теплоты, в то время как статистически значимая положительная корреляция между ALT и 12 см VWC поддерживает гипотезу теплопроводности.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 3. Графики наибольшей вероятности ALT как функции от VWC, разделенные глубиной усреднения для измерений VWC. Затенение серым цветом указывает 95% доверительный интервал регрессии. Диаграммы рассеяния и двухмерные PDF-файлы для этого анализа можно найти на рисунке S9.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Энергия, необходимая для оттаивания активного слоя, увеличивается с увеличением объема VWC (рис. 4).Более высокое содержание льда требует больше энергии для оттаивания и, следовательно, не будет таять так глубоко, как более сухие почвы. Более высокие вероятности VWC между 0,45 и 0,65 см ³ см ⁻³ отражают унимодальное распределение VWC (рисунок S8). Распределение необходимой энергии расширяется по мере увеличения VWC, отражая многие другие факторы, влияющие на VWC и ALT. Тем не менее, статистически значимая взаимосвязь между энергией оттаивания активного слоя и объемного VWC поддерживает гипотезу скрытой теплоты.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 4. 2D PDF объемного VWC и энергия, необходимая для оттаивания всего активного слоя на единицу площади, определяемая площадью основания используемого инструмента. Диаграмма рассеяния и график наибольшей вероятности представлены на рисунке S10.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Каждый регион показывает статистически значимую отрицательную корреляцию между ALT и общим VWC (рис. 5).В районе полуострова Сьюард не было массивных записей данных VWC. ALT не показала статистически значимой связи с VWC 12 см и 20 см для любого региона, за исключением VWC Delta Junction 12 см и VWC полуострова Сьюарда 20 см. Мы видим сходства и различия между региональными наклонами и пересечениями по оси Y на рисунке 5. Наклоны для регионов Фэрбенкс и Норт-Слоуп статистически идентичны ( p = 0,05), как и наклоны для YK Delta и Utqiaġvik. Значения точки пересечения оси Y для регионов Норт-Слоуп, Фэрбенкс и YK Delta также статистически идентичны ( p = 0.05). Наклон и точка пересечения по оси Y для Delta Junction не соответствуют ни одному другому региону. Статистически значимые отрицательные корреляции между АЛТ и массой VWC подтверждают гипотезу скрытой теплоты, но с явными региональными различиями.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 5. Линейная регрессия из графика общего VWC и ALT для каждой группы местоположений (рис. 1). Цветная штриховка указывает 95% доверительный интервал каждой линейной регрессии.Все регрессии статистически значимы ( p = 0,05). Диаграммы рассеяния для каждого местоположения представлены на рисунке S11. В районе полуострова Сьюард не было массивных записей данных VWC.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Различия в средней летней температуре и общем количестве летних осадков могут помочь объяснить эти региональные различия в ALT как функции общего объема VWC (рисунок 6). Пересечения по оси Y для различных регионов показывают статистически значимую положительную корреляцию со средней летней температурой, что указывает на то, что более высокие температуры приводят к более глубоким активным слоям.Пересечение оси Y также показывает статистически значимую положительную корреляцию с общим количеством летних осадков, указывая на то, что увеличение количества летних осадков приводит к более глубоким активным слоям (рисунок S12). Однако это может быть следствием того факта, что общее количество летних осадков также показывает статистически значимую положительную корреляцию со средней летней температурой, что указывает на то, что осадки могут представлять собой смешивающую переменную. Мы не обнаружили статистически значимой связи между средней летней температурой и региональным наклоном (не показано).Однако наклон показывает отрицательную корреляцию с летними осадками, указывая на то, что таяние активного слоя становится менее чувствительным к осадкам по мере увеличения количества осадков, но эта связь не является статистически значимой.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 6. (a) ALT y-пересечение из региональных группировок, созданных на рис. 5, как функция средней летней температуры. (b) Наклон регрессии по региональным группам, созданным на рисунке 5, как функция от общего количества летних осадков.Затенение серым цветом указывает 95% доверительный интервал линейной регрессии.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Наш анализ предполагает, что скрытая теплота оказывает более сильное влияние на ALT, чем теплопроводность в целом, хотя мы видим доказательства того, что оба механизма происходят одновременно на разных глубинах по всей толще почвы. При просмотре всех данных VWC графики разброса и наивысшей вероятности показывают отрицательную корреляцию между ALT и VWC, что подтверждает гипотезу скрытой теплоты.Однако статистически значимой является только регрессия диаграммы рассеяния. Основная масса VWC показывает статистически значимую отрицательную корреляцию с ALT, что подтверждает гипотезу скрытой теплоты. Объемный VWC представляет собой общее содержание воды и скрытой теплоты в активном слое, а отрицательная корреляция четко указывает на то, что более влажным почвам требуется больше энергии для оттаивания, что приводит к более мелким активным слоям. Однако верхние 12-сантиметровые измерения VWC показывают статистически значимую положительную корреляцию с ALT, что подтверждает гипотезу теплопроводности.VWC 6 см также показывает положительную корреляцию, подтверждающую гипотезу теплопроводности, хотя это не является статистически значимым (рисунок S7). Вода на поверхности почвы кажется более важной для гипотезы теплопроводности, чем общее содержание воды в активном слое. Поверхность почвы состоит в основном из органических веществ, которые в сухом состоянии действуют как изолятор, но становятся теплопроводными во влажном состоянии. Теплопроводность поверхности почвы контролирует обмен энергией с атмосферой, при этом более влажная поверхность почвы проводит больше тепла, что приводит к более глубоким активным слоям.Это перевешивает тепловые потери почвы за счет испарения с поверхности (Hinkel et al 2001). VWC 20 см не показывает никакой связи с ALT, что указывает на переход от теплопроводности к контролю скрытой теплоты на ALT. VWC 12 см представляет влияние теплопроводности на ALT, в то время как объемный VWC представляет собой контроль скрытого тепла на ALT.

Анализ моделей определяет температуру воздуха, зимние снежные условия и влажность почвы как три наиболее важных фактора при определении ALT (Zhang and Stamnes 1998, Wang et al 2020).Наши измерения ALT показывают статистически значимую положительную корреляцию со средней летней температурой (рис. S14), подтверждая, что температура воздуха является доминирующим контролем над ALT. Пересечения по оси Y региональных кривых АЛТ по сравнению с объемными кривыми VWC показывают статистически значимую положительную корреляцию со средней летней температурой. Кривые ALT по сравнению с объемным VWC смещаются вверх или вниз в зависимости от температуры воздуха, что также указывает на то, что температура воздуха является доминирующим элементом контроля ALT. По сути, чем теплее лето, тем глубже активный слой.

Мы видим четкую взаимосвязь между летней температурой, VWC и ALT, но взаимосвязь между ALT и осадками кажется более сложной. Общее количество летних осадков коррелирует со средней летней температурой, что затрудняет статистическую изоляцию эффектов осадков и температуры. Осадки ускоряют таяние вечной мерзлоты, особенно весной (Douglas et al 2020). Тёплый дождь проникает в почву и охлаждает, нагревая активный слой и способствуя оттаиванию.Наклон местности и водные пути могут образовывать области с более глубокими активными слоями из-за горизонтального переноса тепла от текущей воды (Jorgenson et al 2010, Чен и др. 2016, Войтек и др. 2016). Тем не менее, мы не обнаружили статистически значимой корреляции между общим количеством летних осадков и ALT или VWC для любой группы глубин (рисунок S13). Такое отсутствие корреляции может быть результатом того факта, что почвы на многих участках SMALT остаются на уровне насыщения или почти на протяжении всего лета, что делает ALT и VWC нечувствительными к осадкам.Вода имеет тенденцию скапливаться на поверхности вечной мерзлоты, часто образуя четко очерченный уровень грунтовых вод с насыщенной почвой внизу активного слоя и дренированной почвой наверху (Schaefer et al 2015). Измерения VWC в SMALT представляют мгновенное значение во времени, в то время как VWC варьируется в зависимости от истории осадков и дренажа. Чтобы понять, как осадки влияют на ALT, требуется хронология одновременных измерений VWC и глубины оттаивания, чтобы изолировать воздействие отдельных дождевых явлений.

Массовый контроль VWC на ​​ALT появляется как общий фактор на всех участках. Полевые и модельные исследования определяют содержание влаги в почве как важный фактор, влияющий на ALT (Nakano and Brown 1972, Hinkel et al ). 1990, 2001, Boike и др. 1998, Кэри и Ву 1998, Чжан и Стамнес 1998, Романовский и Остеркамп 2000, Чжан и др. 2005, Йоргенсон и др. 2010, Шерлер и др. 2010, Атчли и др. 2016, Квон и др. 2016, Джафаров и др. 2017, Ван и др. 2020).Статистически, многие факторы, влияющие на ALT, должны вносить случайность в наши данные, теоретически приводя к различным наклонам регрессии на каждом участке, но все наклоны на рисунке 5 являются статистически значимыми, отрицательными и аналогичными по величине. Чем круче или отрицательнее наклон, тем более чувствительна ALT к увеличению объема VWC. Многие факторы, влияющие на ALT, могут объяснить различия между регионами, но объединяющее влияние VWC кажется постоянным. Пожар, например, приводит к более глубоким активным слоям и более влажным почвам (Михаэлидес и др. 2019), однако участки в дельте ЮК, где преобладают пожары, показывают статистически идентичный наклон регрессии, как участки без истории пожаров, такие как Уткявик.

Вариации средней влажности почвы или глубины грунтовых вод в активном слое могут помочь объяснить различия в уклоне между регионами. Мелкий уровень грунтовых вод или полностью насыщенные почвы в течение всего лета снизят чувствительность ALT к вариациям валового VWC, что приведет к меньшим наклонам регрессии. Уткавик и Дельта Ю.К. имеют небольшие, статистически идентичные склоны. Оба региона имеют неглубокие водные зеркала с насыщенными активными слоями, что приводит к относительно небольшой чувствительности к изменениям валового VWC.Регионы Норт-Слоуп и Фэрбенкс также имеют статистически идентичные уклоны, но более отрицательные, чем Уткявик и Дельта ЮК. Норт-Слоуп и Фэрбенкс сильно различаются по растительности и геоморфологии, но оба региона, как правило, имеют лучший дренаж почвы, что приводит к несколько меньшему среднему объему ОСВ и более высокой чувствительности к изменениям ОСВ. Район Дельта-сочленения остается выбросом с самым сильным наклоном, наиболее пространственно изменчивым объемным VWC и самым низким средним объемным VWC.

Наш анализ указывает на необходимость изучения новых методов и стратегий для измерения валового VWC при изучении взаимосвязи между влажностью почвы и ALT.Объемный VWC для всего активного слоя представляет собой критически важное измерение, но измерения поверхностной влажности почвы намного проще и, следовательно, гораздо более распространены. Измерения VWC 12 см и 20 см остаются идеальными для подтверждения дистанционно измеряемой влажности почвы, динамики растений и аналогичных исследований с упором на приповерхностные почвы. Эти измерения могут сказать нам о влиянии теплопроводности VWC на ​​ALT, но не о влиянии скрытой теплоты. К сожалению, мы не видим значимой корреляции между 12 см, 20 см и объемным VWC, поэтому мы не можем вывести объемный VWC из поверхностного VWC (рисунок S15).Георадар и DualEM хорошо подходят для измерения объемного VWC, но требуют значительных вложений ресурсов для приобретения и эксплуатации оборудования. Простое использование более длинных зондов для инструментов, подобных Hydrosense, может быть самым простым решением. Множественные скрытые датчики обеспечивают высокое временное и вертикальное разрешение для измерения объемного VWC, но только для фиксированных местоположений.

Скрытое тепло почвенной воды сильнее влияет на ALT, чем теплопроводность, хотя оба механизма действуют одновременно.Повышенная влажность почвы по всему активному слою увеличивает необходимую скрытую теплоту плавления для оттаивания, что приводит к меньшей глубине оттаивания. Однако повышенная влажность почвы на поверхности увеличивает теплопроводность и обмен энергии с атмосферой, что приводит к более глубоким активным слоям. Осадки могут влиять на чувствительность ALT к увеличению VWC, в то время как температура определяет базовую глубину оттаивания. Механизм скрытой теплоты постоянно проявляется во всех регионах, где у нас были наблюдения.

Финансирование поступило из грантов НАСА NNX10AR63G, NNX06AE65G, NNX13AM25G и NNX17AC59A; NOAA Grant NA09OAR4310063; и NSF Grants ARC 1204167. Финансирование было предоставлено проектом Next-Generation Ecosystem Experiments (NGEE Arctic) при поддержке Управления биологических и экологических исследований Управления науки Министерства энергетики США. Дж. Чен был поддержан программой НАСА по наземной гидрологии, грант 80NSSC18K0983. Спасибо двум анонимным рецензентам, чьи ценные комментарии значительно улучшили эту рукопись.

Авторы подтвердили, что все идентифицируемые участники этого исследования дали свое согласие на публикацию.

Данные, подтверждающие выводы этого исследования, находятся в открытом доступе по следующему URL-адресу / DOI: https://doi.org/10.3334/ORNLDAAC/1903.

Зависимость вектора эффективного поля, индуцированного током, от толщины слоя в Ta | CoFeB | MgO

1

Miron, I. M. et al. Перпендикулярное переключение одиночного ферромагнитного слоя, вызванное инжекцией тока в плоскости. Природа 476 , 189–193 (2011).

CAS Статья Google ученый

2

Лю Л. и др. Спиново-моментное переключение с гигантским спин-эффектом Холла тантала. Наука 336 , 555–558 (2012).

CAS Статья Google ученый

3

Мирон И. М. и др. Управляемый током вращающий момент, вызванный эффектом Рашбы в слое ферромагнитного металла. Nature Mater. 9 , 230–234 (2010).

Артикул Google ученый

4

Мирон И. М. и др. Быстрое движение доменной стенки под действием тока, контролируемое эффектом Рашбы. Nature Mater. 10 , 419–423 (2011).

CAS Статья Google ученый

5

Братаас, А., Кент, А. Д. и Оно, Х. Моменты, индуцированные током в магнитных материалах. Nature Mater. 11 , 372–381 (2012).

CAS Статья Google ученый

6

Бычков Ю.А., Рашба Е.И. Колебательные эффекты и магнитная восприимчивость носителей в инверсионных слоях. J. Phys. С 17 , 6039–6045 (1984).

Артикул Google ученый

7

Эдельштейн, В. М. Спиновая поляризация электронов проводимости, индуцированная электрическим током в двумерных асимметричных электронных системах. Solid State Commun. 73 , 233–235 (1990).

Артикул Google ученый

8

Тан, С. Г., Джалил, М. Б. А. и Лю, Икс-Дж. Локальная спиновая динамика, возникающая из непертурбативного калибровочного поля SU (2) эффекта спиновой орбиты. Препринт на http://arxiv.org/abs/0705.3502v1 (2007).

9

Манчон А. и Чжан С. Теория неравновесного собственного спинового момента в одиночном наномагнетике. Phys.Ред. B 78 , 212405 (2008).

Артикул Google ученый

10

Обата, К. и Татара, Г. Вызванное током движение доменной стенки в спин-орбитальной системе Рашбы. Phys. Ред. B 77 , 214429 (2008).

Артикул Google ученый

11

Ким, К.В., Сео, С.М., Рю, Дж., Ли, К.Дж. И Ли, HW. Динамика намагниченности, индуцированная токами в плоскости в сверхтонких магнитных наноструктурах со спин-орбитальной связью Рашбы. Phys. Ред. B 85 , 180404 (2012).

Артикул Google ученый

12

Ван Х. и Манчон А. Диффузионная спиновая динамика в тонких ферромагнитных пленках с взаимодействием Рашбы. Phys. Rev. Lett. 108 , 117201 (2012).

Артикул Google ученый

13

Песин Д. А. и Макдональд А. Х. Квантовая кинетическая теория индуцированных током моментов в ферромагнетиках Рашбы. Phys. Ред. B 86 , 014416 (2012).

Артикул Google ученый

14

Pi, U.H. et al. Наклон ориентации спина, вызванный эффектом Рашбы в слое ферромагнитного металла. Заявл. Phys. Lett. 97 , 162507 (2010).

Артикул Google ученый

15

Юнгвирт Т., Вундерлих Дж. И Олейник К. Устройства на эффекте Спин-Холла. Nature Mater. 11 , 382–390 (2012).

CAS Статья Google ученый

16

Манчон, А. Эффект Спин-Холла в сравнении с крутящим моментом Рашбы: диффузный подход. Препринт на http://arxiv.org/abs/1204.4869 (2012).

17

Сео, С. М., Ким, К. В., Рю, Дж., Ли, Х. У. и Ли, К. Дж. Вызванное током движение поперечной магнитной доменной стенки в присутствии спинового эффекта Холла. Заявл.Phys. Lett. 101 , 022405 (2012).

Артикул Google ученый

18

Suzuki, T. et al. Эффективное поле, индуцированное током в перпендикулярно намагниченной проволоке Ta / CoFeB / MgO. Заявл. Phys. Lett. 98 , 142505 (2011).

Артикул Google ученый

19

Икеда, С. и др. Магнитный туннельный переход CoFeB | MgO с перпендикулярной анизотропией. Nature Mater. 9 , 721–724 (2010).

CAS Статья Google ученый

20

Уорледж, Д. К. и др. Переключение спинового момента перпендикулярных магнитных туннельных переходов на основе Ta | CoFeB | MgO. Заявл. Phys. Lett. 98 , 022501 (2011).

Артикул Google ученый

21

Fukami, S. et al. Вызванное током движение доменной стенки в перпендикулярно намагниченной нанопроволоке CoFeB. Заявл. Phys. Lett. 98 , 082504 (2011).

Артикул Google ученый

22

Hayashi, M. et al. Пространственный контроль магнитной анизотропии для индуцированной током инжекции доменных стенок в перпендикулярно намагниченных наноструктурах CoFeB | MgO. Заявл. Phys. Lett. 100 , 192411 (2012).

Артикул Google ученый

23

Лю Л.К., Морияма, Т., Ральф, Д. К. и Бурман, Р. А. Ферромагнитный резонанс с вращающим моментом, вызванный спиновым эффектом Холла. Phys. Rev. Lett. 106 , 036601 (2011).

Артикул Google ученый

24

Morota, M. et al. Указание собственного спинового эффекта Холла в переходных металлах 4 d и 5 d . Phys. Ред. B 83 , 174405 (2011).

Артикул Google ученый

25

Slonczcwski, J.C. Токи и моменты в металлических магнитных многослойных слоях. J. Magn. Magn. Матер. 247 , 324–338 (2002).

Артикул Google ученый

26

Oh, S.C. et al. Зависимость перпендикулярной спиновой передачи крутящего момента от напряжения смещения в асимметричных магнитных туннельных переходах на основе MgO. Nature Phys. 5 , 898–902 (2009).

CAS Статья Google ученый

27

Чжан, С., Леви, П. М. и Ферт, А. Механизмы спин-поляризованного токового переключения намагниченности. Phys. Rev. Lett. 88 , 236601 (2002).

CAS Статья Google ученый

28

Sankey, J.C. et al. Измерение вектора момента передачи спина в магнитных туннельных переходах. Nature Phys. 4 , 67–71 (2008).

CAS Статья Google ученый

29

Кубота, Х.и другие. Количественное измерение зависимости крутящего момента с передачей спина от напряжения в магнитных туннельных переходах на основе MgO. Nature Phys. 4 , 37–41 (2008).

CAS Статья Google ученый

30

Petit, S. et al. Влияние спинового момента на высокочастотные флуктуации намагниченности в магнитных туннельных переходах. Phys. Rev. Lett. 98 , 077203 (2007).

CAS Статья Google ученый

31

Li, Z.и другие. Перпендикулярные спиновые моменты в магнитных туннельных переходах. Phys. Rev. Lett. 100 , 246602 (2008).

CAS Статья Google ученый

32

Альберт, Ф. Дж., Эмли, Н. К., Майерс, Э. Б., Ральф, Д. К. и Бурман, Р. А. Количественное исследование перемагничивания под действием спин-поляризованного тока в магнитных многослойных наностолбиках. Phys. Rev. Lett. 89 , 226802 (2002).

CAS Статья Google ученый

33

Чен, В., Рукс, М. Дж., Руис, Н., Сан, Дж. З. и Кент, А. Д. Перенос спина в двухслойных магнитных наностолбиках в сильных полях как функция толщины свободного слоя. Phys. Ред. B 74 , 144408 (2006).

Артикул Google ученый

34

Стайлз М. Д. и Зангвилл А. Анатомия крутящего момента с передачей вращения. Phys. Ред. B 66 , 014407 (2002).

Артикул Google ученый

35

Шпиро, А., Леви, П. М. и Чжан, С. Ф. Самосогласованная трактовка неравновесных спиновых моментов в магнитных мультислоях. Phys. Ред. B 67 , 104430 (2003).

Артикул Google ученый

36

Zwierzycki, M., Tserkovnyak, Y., Kelly, P.J., Brataas, A. & Bauer, G.E. W. Изучение из первых принципов усиления релаксации намагниченности и переноса спина в тонких магнитных пленках. Phys. Ред. B 71 , 064420 (2005).

Артикул Google ученый

37

Джалил М. Б., Тан, С. Г., Лоу, Р. и Чунг, Н. Л. Толщина слоя и угловая зависимость момента передачи спина в ферромагнитных трехслойных слоях. J. Appl. Phys. 101 , 124314 (2007).

Артикул Google ученый

38

Ван С., Сюй Ю. и Ся К. Изучение моментов передачи спина в слоистых системах с неколлинеарной намагниченностью из первых принципов. Phys. Ред. B 77 , 184430 (2008).

Артикул Google ученый

39

Ураждин, С., Лолои, Р. и Пратт, У. П. Неколлинеарный спиновой перенос в магнитных мультислоях. Phys. Ред. B 71 , 100401 (2005).

Артикул Google ученый

40

Танигучи Т., Яката С., Имамура Х. и Андо Ю. Глубина проникновения поперечного спинового тока в ферромагнитные металлы. IEEE Trans. Magn. 44 , 2636–2639 (2008).

CAS Статья Google ученый

ThicknessTool: автоматическая настройка толщины и профиля слоя сетчатки ImageJ в цифровых изображениях

Калибровка ThicknessTool

Для калибровки алгоритма ThicknessTool мы создали три набора данных фиктивных изображений с масками известной толщины области и поворота. Во-первых, TT смог точно измерить области увеличивающейся толщины от 10 до 500 пикселей со смещением 0.00 ± 0,00 (дополнительный рис. 2) и, таким образом, как и ожидалось, коэффициент корреляции для известной и измеренной толщины составил 1,00 ( p <0,001). Далее мы оценили производительность алгоритма при разных поворотах слоев с 200-пиксельными масками под разными углами. Мы предварительно определили известную или теоретическую среднюю, минимальную и максимальную толщину до 200 пикселей, коэффициент вариации (CoV) 0,00 и предел погрешности в 1 пиксель. Как видно из дополнительной таблицы 1, средняя толщина, измеренная с помощью ThicknessTool, составила 199.88 ± 0,25 пикселей с CoV 0,00 для всего образца. Статистически значимых различий между измеренной общей средней толщиной и предполагаемым средним не было ( p = 0,06). Средняя толщина изображений с ровными и неровными краями соответствовала критериям калибровки, как определено ранее, с CoV 0,00 (дополнительный рисунок 2A – D). Тест на эквивалентность средней, минимальной и максимальной толщины штангенциркуля отверг обе нулевые гипотезы (обе p <0,001), что указывает на то, что наблюдаемая разница не превышает установленный порог.Наконец, мы протестировали способность TT обнаруживать истинное истончение и утолщение на имитационном изображении при уменьшении и увеличении толщины соответственно. ТТ точно измерил переменную толщину ( r = 1,00, p <0,001) со смещением 0,00 ± 0,00 и без существенной разницы между известными и измеренными маркерами ( p = 1.000) (дополнительный рис. 2F). Эти результаты показывают, что ThicknessTool может автоматически и точно измерять разную толщину и при разном вращении.

Обучающий набор данных средняя толщина слоя

Чтобы оценить производительность наблюдателей и TT для разных изображений и толщины, мы сначала построили график параллелизма средней толщины ONL и INL. Как видно на рис. 2, средние измерения неопытного наблюдателя были постоянно выше, чем у опытного и TT, которые, в свою очередь, были подобны и параллельны друг другу как на уровнях ONL, так и на уровне INL, что предполагает пропорциональную производительность. Анализ коэффициента корреляции ( r ) между TT и измерениями наблюдателей был> 0.88 ( p <0,001) для ONL и> 0,84 ( p <0,001) для INL (дополнительные таблицы 2 и 3).

Рисунок 2

График параллельности измерений средней толщины сетчатки наблюдателей и ThicknessTool. Результаты были подогнаны к кубическому сплайну с лямбдой по умолчанию 0,05. ( A ) Внешний ядерный слой. ( B ) Внутренний ядерный слой. Пунктирные линии представляют первое и второе измерения, выполненные неопытным наблюдателем. Пунктирные линии представляют первое и второе измерения, выполненные опытным наблюдателем.Сплошные линии представляют измерения с помощью ThicknessTool. Изображения отсортированы по значениям ThicknessTool в порядке возрастания (n = 64).

Средняя толщина ONL составила 65,26 ± 7,78 мкм, 62,00 ± 7,14 мкм и 62,85 ± 7,33 мкм для неопытных, опытных и TT, соответственно (Таблица 1). Не было значительных различий между TT и любыми наблюдательными или средними измерениями ONL. Средняя толщина INL составила 39,13 ± 6,22 мкм, 36,31 ± 5,17 мкм, 36,12 ± 4,72 мкм для неопытных, опытных и TT, соответственно.В этой группе наблюдалась только значительная разница между первым измерением, не имеющим опыта, и TT (39,23 ± 6,30 мкм против 36,12 ± 4,72 мкм, p = 0,044), и не было значительных различий между TT и любыми средними измерениями INL наблюдателя. Среднее значение для неопытных и опытных не отличалось значимо ни в ONL ( p = 0,219), ни в INL (p = 0,097), с перекрывающимися доверительными интервалами. Более того, не было значительных различий между TT и любыми наблюдателями или измерениями среднего отношения ONL / INL с перекрывающимися 95% доверительными интервалами.В целом, эти результаты предполагают, что не было обнаружено никаких существенных различий в отношении предыдущего опыта наблюдателей. Однако измерения TT ​​ONL и INL больше соответствуют результатам опытных наблюдателей. Более того, измерения TT ​​существенно не отличаются от средних значений ONL и INL любых наблюдателей.

Таблица 1 Средняя толщина обучающего набора данных, измеренная наблюдателями и ThicknessTool.

Минимальная и максимальная толщина слоя в наборе обучающих данных

Качественная оценка измерителей толщины наблюдателями не показала перекрытия при повторных измерениях, что свидетельствует о маловероятности воспроизводимости измерений, как показано на дополнительном рис.3. Кроме того, наблюдалось перебегание и недорезание штангенциркуля, что может привести к завышению и занижению измерения, соответственно. Кроме того, векторы толщины не всегда были перпендикулярны углу слоя, что приводило к ложным результатам. Несмотря на отсутствие статистических различий в средней толщине ONL и INL между средними показателями наблюдателей и измерениями TT, мы проанализировали минимальные и максимальные значения измерителя для каждого изображения.

Сначала мы построили график параллелизма минимальной и максимальной толщины ONL и INL для каждого изображения и наблюдателя.Как видно на рис. 3, у опытного наблюдателя были более низкие максимальные и более высокие минимальные значения ONL и INL без перекрытия кривых. Точно так же неопытный наблюдатель имел более высокие минимальные значения ONL и INL без перекрытия кривых. Эти результаты предполагают, что измерения опытных наблюдателей не воспроизводятся. Кроме того, не было значительных различий между TT и общими минимальными и максимальными измерениями ONL любых наблюдателей (Таблица 2). Однако мы обнаружили значительные различия между минимальными и максимальными измерениями отдельных наблюдателей, а также между неопытными общими минимальными измерениями INL и TT ( p <0.001). Кроме того, коэффициент вариабельности между измерениями значительно отличался между средними измерениями неопытных и наблюдателей как для ONL, так и для INL (p <0,001), а также между средними измерениями опытных наблюдателей и наблюдателей для ONL (p <0,009) (Дополнительная таблица 4). Таким образом, учитывая качественную оценку отсутствия повторяемости измерительных приборов наблюдателей вместе с количественным анализом между ручными измерительными приборами и откалиброванным автоматическим алгоритмом, результаты показывают, что ручные измерительные приборы не являются точными или воспроизводимыми.

Рисунок 3

График параллельности измерений минимальной и максимальной толщины сетчатки наблюдателями и ThicknessTool. Результаты были подогнаны к кубическому сплайну с лямбдой по умолчанию 0,05. ( A ) Внешний ядерный слой. ( B ) Внутренний ядерный слой. Пунктирные линии представляют первое и второе измерения, выполненные неопытным наблюдателем. Пунктирные линии представляют первое и второе измерения, выполненные опытным наблюдателем. Сплошные линии представляют измерения с помощью ThicknessTool (n = 64).

Таблица 2 Минимальная и максимальная толщина обучающего набора данных, измеренная наблюдателями и ThicknessTool.

Анализ соответствия между ручными измерениями и измерениями толщины

Мы провели анализ систематической ошибки, используя метод Бланда и Альтмана ¹³ . Для группы ONL, как видно из Таблицы 3, мы обнаружили статистически значимые различия при сравнении парных измерений с большим смещением в неопытных средних и опытных средних измерениях (3,25 ± 0,33 мкм, p <0.001). Напротив, мы обнаружили наименьшую систематическую ошибку при сравнении значений TT и значений наблюдателей (0,77 ± 0,34 мкм, p = 0,028). Для группы INL мы обнаружили статистически значимые различия при сравнении среднего неопытного и опытного среднего ( p <0,001), TT против неопытного среднего ( p <0,001) и TT против среднего значения наблюдателей ( p ). <0,001). Наиболее важно то, что смещение между средним значением TT и INL наблюдателей (1,59 ± 0,28 мкм) было ниже, чем между средними значениями любых наблюдателей относительно друг друга (2.82 ± 0,36 мкм). Кроме того, графики Бланда – Альтмана показали случайную изменчивость в пределах измерений (рис. 4). В заключение, эти результаты показывают, что ThicknessTool может измерять ONL и INL с меньшим смещением, чем среднее значение наблюдателей относительно друг друга как для ONL, так и для INL.

Таблица 3 Анализ согласования обучающего набора данных измерений толщины между наблюдателями и ThicknessTool. Рис. 4

Анализ согласованности наблюдателей и ThicknessTool по графикам Бланда – Альтмана. Согласование между неопытным и опытным средним средним ( A ) ONL и ( C ) INL толщиной.Согласование между наблюдателями и ThicknessTool ( B ) ONL и ( D ) INL толщины (n = 64). SD стандартное отклонение, LoA предел согласия.

Проверка толщины в модели отслоения сетчатки

Чтобы окончательно подтвердить TT, мы протестировали инструмент в экспериментальных условиях с использованием модели отслоения сетчатки, которая вызывает гибель фоторецепторных клеток и последующее истончение и искажение ONL (рис. 5). Мы измерили толщину ONL и INL вручную и с использованием TT (Таблица 4).Интересно, что ручные измерения не показали значительного истончения ONL в отслоенной сетчатке (p = 0,069) по сравнению с TT (p = 0,006). Как и ожидалось, различий в INL между прикрепленной и отслоенной сетчаткой при использовании обоих методов не наблюдалось. Оба метода показали значительные различия в соотношении ONL / INL в отслоенной сетчатке. Эти результаты предполагают, что TT может быть более чувствительным и обнаруживать значительное истинное истончение за пределами возможностей ручного измерения. В совокупности эти результаты предполагают, что TT является чувствительным, точным и надежным инструментом для измерения ядерных слоев сетчатки в экспериментальных моделях болезни.

Рисунок 5

Валидация ThicknessTool в модели отслоения сетчатки. ( A ) Репрезентативное изображение среза сетчатки мыши отслоения сетчатки, отображающее прикрепленную (прямоугольник с пунктирной линией) и отслоившуюся сетчатку (прямоугольник со сплошной линией). ( B ) Репрезентативное изображение измерения с помощью ThicknessTool отделенного внутреннего ядерного слоя сетчатки (INL) и внешнего ядерного слоя (ONL) с измерителем интервала в 1 пиксель. ( C ) Измерение толщины внешнего ядерного слоя (ONL) и ( D ) внутреннего ядерного слоя (INL) с помощью ручных штангенциркуля и прибора ThicknessTool на прикрепленной и отслоенной сетчатке.( E ) Измерения соотношения ONL / ONL + INL ручными штангенциркулями наблюдателя и ThicknessTool (n = 8 на группу, * p ≤ 0,05).

Таблица 4 Руководство по набору данных для валидации и измерения с помощью ThicknessTool в модели отслоения сетчатки.

Применение толщины в цифровых изображениях

Чтобы исследовать применимость TT в различных модальностях изображения, мы количественно оценили толщину в различных цифровых изображениях. Как видно на фиг. 6, TT был способен количественно определять толщину ONL и соответствующий профиль в гистологических срезах.Более того, мы опробовали этот инструмент на цифровых изображениях оптической когерентной томографии в макулярной спектральной области с удовлетворительными результатами. Наконец, мы проверили эффективность количественной оценки сосудов сетчатки на изображениях флюоресцентной ангиограммы. Во всех случаях TT смог нарисовать точные штангенциркули с правильным вектором. В совокупности эти результаты показывают, что ThicknessTool – это универсальный инструмент с многоплатформенными возможностями.

Рисунок 6

Приложение ThicknessTool для цифровых изображений.( A , B ) Окрашивание гематоксилином – эозином криосрезов сетчатки. ( C , D ) Сканирование оптической когерентной томографии в спектральной области желтого пятна, показывающее отслойку пигментного эпителия при возрастной дегенерации желтого пятна. ( E , F ) Флуоресцентная ангиограмма сосудов сетчатки.

Регулировка толщины и морфологии активного слоя для высокоэффективных полимерных солнечных элементов, изготовленных методом горячего литья

Толстые пленки активных слоев (смесь полимера: PCBM) необходимы для использования максимального количества солнечного света и достижения более высокой эффективности в полимерных солнечных элементах.Однако создание толстых пленок с желаемой морфологией активного слоя является очень сложной задачей. При этом толстые пленки с оптимальной морфологией были точно получены с использованием технологии горячего литья. Превосходная морфология активного слоя способствует лучшему переносу заряда. Фотоэлектрические свойства полимерных солнечных элементов, изготовленных из PTB7-Th: PC ₇₁ BM, были тщательно изучены путем изменения температуры подложки, используемой для горячего литья. Значительное увеличение эффективности преобразования энергии до> 9% наблюдалось для солнечных элементов, изготовленных при 40 ° C, по сравнению с солнечными элементами, изготовленными при комнатной температуре, которые показали эффективность ~ 8%.Основная причина этого улучшения заключалась в увеличении толщины активного слоя, что способствовало лучшему поглощению света и, следовательно, привело к увеличению плотности тока короткого замыкания. Кроме того, устройства, изготовленные при 40 ° C, демонстрируют очень низкую среднеквадратичную шероховатость, что позволяет лучше переносить заряд в устройстве. Исследования рекомбинации и оценка подвижности были также выполнены с помощью импедансной спектроскопии и метода SCLC, что дало более четкое представление о методе горячего литья.Результат этой умеренной технологии горячего литья для достижения морфологии низкой шероховатости в толстом активном слое был очень многообещающим, поскольку это был бы возможный прорыв в производстве высокоэффективных полимерных солнечных элементов.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуйте снова? Стандарты толщины слоя

и кристаллические

Стандарты толщины слоя микрометра

Стандарты толщины фольги

Фольга однородной и заданной толщины может служить эталоном толщины слоя, если она размещена на соответствующих поверхностях подложки.Они часто используются для калибровки широко распространенных приборов для измерения толщины электромагнитного слоя.
Стандартные исполнения:

• 10 … 500 мкм из пластика
• 10 … 30 мкм из бронзы
• > 500 мкм из пертинакса, латунь

Диапазон контрольных площадей указан в стандартах.

Подложки с покрытием

В случае некоторых важных процедур, применяемых для измерения толщины слоя (например, метод рентгеновской флуоресценции), указанные значения измерений включают параметры, зависящие от материала.Для калибровки этих инструментов используются стандарты, которые должны быть изготовлены из того же материала, что и для существующей измерительной задачи. По этой причине и из-за разнообразия возможных комбинаций материалов целесообразно, чтобы заинтересованные пользователи производили свои собственные образцы по своей собственной технологии, а затем проводили их калибровку в PTB.

Рисунок 1: Пример набора стандартов толщины слоя с гальваническим слоем никеля на поверхности медной подложки, обработанной алмазным током

Стандарты толщины слоя в нанометрах

В диапазоне нм предлагаются два различных типа стандартов толщины слоя.Первый тип предназначен для рентгеновских методов, таких как рентгеновская рефлектометрия (XRR) и рентгеновская флуоресценция (XRF), а второй тип – для калибровки эллипсометров.

Тип 1: Стандарты толщины нанометрового слоя для рентгеновских методов
(В настоящее время недоступно. Модифицированное обновление находится в стадии изучения.)

Для рентгеновской рефлектометрии предлагаются тонкие металлические пленки на подложках из плавленого кварца . Для калибровки рентгеновских рефлектометров и модели, используемой для оценки измерений, толщина металлического слоя измеряется при скользящем падении (GIXRR).
Стандарты толщины слоя состоят из подложки из плавленого кварца с размерами: 40 × 20 × 10 мм (Д × Ш × В). Слои металла с номинальной толщиной 10 нм и 50 нм служат мерой материала. Pt и Ni используются в качестве металлических слоев, где слой Ni имеет углеродную основу и углеродный покровный слой с толщиной каждого 3 нм. Эти защитные слои предотвращают диффузию Ni в подложку и коррозию Ni на поверхности.
Типичный набор стандартов толщины слоя для рентгеновской рефлектометрии состоит из четырех образцов с:

Номинальная толщина слоя / нм	Слой
10	Pt
50 26	Pt	Pt
10 (3 // 10 // 3)	Ni (C // Ni // C)
50 (3 // 50 // 3)	Ni (C // Ni // C )

Расширенная неопределенность измерения значения толщины металлического слоя при номинальной толщине слоя 10 нм составляет 0.2 нм и для толщины слоя от 50 нм примерно до 0,5 нм для U ( k = 2).

Рисунок 1: Стандарты толщины слоя для рентгеновской рефлектометрии

Тип 2: стандарты толщины нанометрового слоя для эллипсометрии

Стандарты толщины слоя для эллипсометрии состоят из термического слоя SiO ₂ на подложке Si с ориентацией поверхности Si (100). Подложка имеет размер 30 × 20 мм, а ее высота около 0.5 мм. На подложке в одном углу расположена литографическая микроструктура, на которой можно проводить измерения высоты ступеньки с помощью сканирующего силового микроскопа (SFM) или профилометра высокого разрешения. Основная часть стандарта предназначена для определения толщины эллипсометрического слоя. Микроструктура для исследований SFM и их положение на чипе показаны на следующем рисунке. Предлагаются толщины слоя SiO ₂ с номинальными толщинами 6, 70, 160, 400 и 1000 нм.Скоро будут доступны 5 нм и 100 нм. Неопределенность фактического значения толщины слоя SiO ₂ зависит от толщины. В случае слоя номинальной толщины 6 нм расширенная неопределенность измерения составляет около 0,6 нм, для слоя номинальной толщины 1000 нм она составляет около 5 нм.

Рисунок 2: Стандарт толщины слоя для эллипсометрии с увеличенным изображением микроструктуры для измерения высоты ступеньки с помощью сканирующего силового микроскопа

скачать техническое описание

.