CC BY
64малых индуктивности и емкости имеют резонансные частоты в оптическом диапазоне, давая возможность получить отрицательные значения и магнитной, и диэлектрической проницаемости, т.е. метаматериалы оптического диапазона. При определенных условиях формируются периодические распределения наночастиц с разными симметриями и периодами, которые легко регулируются изменениями мощности лазерного потока, длины волны излучения, типа и концентрации наночастиц. Кроме того, полученные таким образом фотонно-кристаллические структуры могут перестраиваться непосредственно при прохождении света приложением к суспензиям электрического или магнитного полей (последнее - в случае магнитных наночастиц). Таким образом, лазерное облучение водных наносуспензий позволяет получать простыми способами регулируемые фотонные кристаллы и метаматериалы оптического диапазона.
Работа частично поддерживалась грантом РФФИ 16-29-11702.
ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ВОДНЫХ НАНОСУСПЕНЗИЯХ
Бурова Д.Н.1 школьница, Классен2 Н.В.
1- Физмат лицей, Сергиев Посад 2- Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, klassen@issp. ac. т
DOI: 10.24411/9999-004A-2018-10049
Актуальность этой темы связана с неясностями в понимании магнитных и кластерной свойству воды, перспективами использования магнитных материалов для электронных и оптических наносистем, необходимостью повышения антикоррозионной стойкости стальных металлоконструкций (особенно в условиях Арктики). Железо - одно из наиболее используемых в практике веществ (конструкционные материалы в строительстве, промышленности, трубопроводном транспорте, устройства магнитной записи, химический катализ, биомедицина). Один из главных недостатков материалов на основе железа - коррозия в присутствии воды. Для предупреждения коррозии применяются защитные покрытия (покраска, горячее нанесение полимерных покрытий и т.д.), легирование сталей антикоррозионными добавками (хром, никель). В данной работе показана возможность ослабления коррозии сплавов на основе железа магнитным полем. В качестве модельных материалов использовалась сталь 3 и водный раствор сернокислой меди (медный купорос СиБОД модельной реакцией для изучения влияния магнитного поля было восстановление меди из медного купороса железом. Магнитное поле создавалось
постоянными магнитами на основе неодима цилиндрической формы диаметром 40 мм и толщиной от 5 до 20 мм. Поле непосредственно одиночного магнита составляло 0,35 Тл. Величина поля могла регулироваться сложением вместе нескольких магнитов. Ход химической реакции регистрировался видеозаписью изменения микрокартины осаждения меди на поверхности стали через оптический микроскоп. В экспериментах было обнаружено существенное замедление реакции окисления железа при приложении магнитного поля. Обнаруженное замедление окисления железа объясняется тем, что магнитное поле увеличивает энергию связи между атомами железа, которое является ферромагнетиком, где магнитные моменты атомов ориентированы параллельно друг другу. Но для уменьшения магнитостатической энергии поля, выходящего из металла наружу, крупные области взаимно параллельной ориентации магнитных моментов разделяются на относительно мелкие домены (размерами от нескольких микрон до сотен микрон) так, чтобы выходящие наружу магнитные поля соседних доменов компенсировали друг друга. По этой причине магнитные моменты атомов железа, расположенных в границах между доменами, уже не параллельны друг другу и поэтому энергия связи этих атомов ослаблена. Поэтому в реакции окисления участвуют в первую очередь атомы железа, расположенные на междоменных границах, и скорость реакции определяется общей длиной междоменных границ на изучаемой поверхности. Внешнее магнитное поле переориентирует домены, уменьшая общую длину границ между ними и за счет этого средняя энергия связи атомов железа возрастает, а скорость окисления падает. Еще один новый факт влияния магнитного поля на химические процессы - превращение сульфата железа, образующегося при восстановлении меди, из гидрофильного в гидрофобный. В результате этого при наложении магнитного поля сульфат железа выделяется из раствора в виде белых наночастиц. Объяснение - в том, что для экранирования магнитного поля сульфат железа должен стать ферромагнитным. Поэтому для сближения атомов железа молекулы воды из сульфата выталкиваются магнитным полем. Похожим процессом снижения растворимости магнитным полем можно объяснить давно используемое на практике явление предотвращения осадков накипи в котлах ТЭЦ пропусканием воды через магнитное поле: при этом соли выпадают в осадок непосредственно в воде, а не на стенках котла.
Обнаруженное нами существенное влияние магнитного поля на скорость химических реакций в водных суспензиях открывает перспективу литографической гравировки поверхности микросхем не дорогостоящей и длительной операцией электронно-лучевой литографии, а регулированием скорости травления поверхности сканированием магнитной микроиглы по заданной геометрии.
