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