Влияние магнитного поля на электроосаждение наноразмерных структур

Е. А. Бондарь$^{1}$, Д. А. Лужбин$^{2}$

$^{1}$Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина
$^{2}$National Yang-Ming University, 155 Li-Nong Str., 112 Taipei, Taiwan

Получена: 18.01.2018. Скачать: PDF

Потенциостатическим методом исследовано влияние внешнего постоянного магнитного поля на морфологию наноразмерных кластеров, полученных магнитоэлектролизом водного раствора CuSO$_4$ во внешнем магнитном поле величиной до 0,31 T. Установлено, что морфология полученных осадков существенно изменяется приложенным магнитным полем. В нулевом поле осаждённые кластеры не имеют выделенных направлений роста, в то время как в ненулевом магнитном поле появляется преимущественное направление роста как при магнитном поле, ориентированном перпендикулярно электрическим токовым линиям, так и при их параллельной ориентации. Наблюдаемые разветвлённые структуры осадков имеют фрактальную структуру, фрактальная размеренность которой зависит от величины и ориентации магнитного поля. Наблюдаемые эффекты могут быть объяснены магнитогидродинамической (МГД) конвекцией, вызванной действием силы Лоренца, которая влияет на естественную конвекцию, вызванную градиентом концентрации в электролите в околокатодном пространстве как вдоль, так и поперёк поверхности электрода. Таким образом, наноразмерные объекты различной структуры (определяемой магнитным полем) и размера (определяемого временем электролиза) могут быть получены контролируемым образом. Ещё одно явление, обнаруженное в данной работе, а именно, изменение знака разности потенциалов между верхним и нижним зондами при увеличении магнитного поля, свидетельствует о сопутствующем изменении знака градиента концентрации вдоль поверхности катода. Это позволяет объяснить влияние магнитного поля в случае параллельной ориентации (где не действуют силы Лоренца) взаимным влиянием МГД-эффектов и диффузии вдоль поверхности электрода.

Ключевые слова: фрактальная структура, магнитное поле, сила Лоренца, градиент концентрации.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v40/i05/0615.html

PACS: 61.43.Hv, 68.37.Hk, 68.55.J-, 82.45.Qr, 82.45.Hk, 82.45.Yz, 83.60.Np


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. A. I. Levin, Elektrokhimiya Tsvetnykh Metallov (Moscow: Metallurgiya: 1982) (in Russian).
  2. R. Winand, Electrochim. Acta, 43: 2925 (1998). Crossref
  3. S. Trasatti, Electrochim. Acta, 36: 1659 (1991). Crossref
  4. C. Wang and S. Chen, J. Serb. Chem. Soc., 66: 477 (2001).
  5. G. Hinds, J. M. D. Coey, and M. E. G. Lyons, J. Appl. Phys., 83: 6447 (1998). Crossref
  6. E. Z. Gak, E. H. Rokhinson, and N. F. Bondarenko, Elektrokhimiya, 9: 528 (1975) (in Russian).
  7. I. Mogi and M. Kamiko, J. Crystal Growth, 166: 276 (1996). Crossref
  8. T. Z. Fahidy, Prog. Surf. Sci., 68: 155 (2001). Crossref
  9. J. M. D. Coey, Europhysics News, 34, No. 6: 15 (2003). Crossref
  10. J. M. D. Coey, G. Hinds, C. O’Reily et al., Mater. Sci. Forum, 373–376: 1 (2001). Crossref
  11. R. N. O’Brien and K. S. V. Santhanam, Electrochim. Acta, 32: 1679 (1987). Crossref
  12. S. Hill, Materials World, 6: 221 (1998).
  13. R. P. Devaty and A. J. Sievers, Phys. Rev. Lett., 52: 1344 (1984). Crossref
  14. G. A. Niklasson and C. G. Granqvist, Phys. Rev. Lett., 56: 256 (1986). Crossref
  15. B. M. Smirnov, Fizika Fraktalnykh Klasterov (Moscow: Nauka: 1991) (in Russian).
  16. F. Romm, Microporous Media: Synthesis, Properties and Modeling (New York: Marcel Dekkel Ltd.: 2004). Crossref
  17. A. Bund, S. Koehler, H. H. Kuehlein, and W. Plieth, Electrochim. Acta, 49: 147 (2003). Crossref
  18. V. G. Levich, Fiziko-Khimicheskaya Gidrodinamika (Moscow: GIFML: 1959) (in Russian).
  19. V. V. Skorchelleti, Teoreticheskaya Elektrokhimiya (Leningrad: Khimiya: 1974) (in Russian).
  20. T. Z. Fahidy, J. Appl. Electrochem., 32: 551 (2002). Crossref
  21. B. K. Jha, Heat and Mass Transfer., 37: 329 (2001). Crossref
  22. T. A. Witten and L. M. Sander, Phys. Rev. Lett., 47: 1400 (1981). Crossref
  23. J. C. Mansur Filho, A. G. Silva, A. T. G. Carvalho, and M. L. Martins, Physica A, 350: 393 (2005). Crossref