Loading [MathJax]/jax/output/HTML-CSS/jax.js

Влияние магнитного поля на электроосаждение наноразмерных структур

Е. А. Бондарь1, Д. А. Лужбин2

1Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина
2National 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 CuSO4 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