Вплив магнетного поля на електроосадження нанорозмірних структур

Є. А. Бондар$^{1}$, Д. А. Лужбін$^{2}$

$^{1}$Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
$^{2}$National Yang-Ming University, 155 Li-Nong Str., 112 Taipei, Taiwan

Отримано: 18.01.2018. Завантажити: PDF

Потенціостатичною методою досліджено вплив зовнішнього сталого магнетного поля на морфологію нанорозмірних кластерів, одержаних магнетоелектролізою водного розчину CuSO$_4$ в зовнішньому магнетному полі величиною до 0,31 T. Встановлено, що морфологія одержаних осадів істотно змінюється накладеним магнетним полем. В нульовому полі кластери, що осаджуються, не мають виділених напрямків зростання, в той час як в ненульовому магнетному полі з’являється переважні напрямки зростання як при магнетному полі, зорієнтованому перпендикулярно до електричних токових ліній, так і при їх паралельній орієнтації. Розгалужені структури осадів, що спостерігалися, мають фрактальну структуру, фрактальна розмірність якої залежить від величини й орієнтації магнетного поля. Спостережені ефекти можна пояснити магнетогідродинамічною (МГД) конвекцією, яку викликано дією Лорентцової сили, яка впливає на природню конвекцію, що спричинена ґрадієнтом концентрації в електроліті в прикатодному шарі як вздовж, так і поперек поверхні електроди. Таким чином, нанорозмірні об’єкти різноманітної структури (яка визначається магнетним полем) та розміру (який визначається часом електролізи) можуть бути одержані контрольованим чином. Ще одне явище, спостережене в даній роботі, а саме, зміна знаку ріжниці потенціялів між верхнім і нижнім зондами при зростанні магнетного поля, свідчить про супутню зміну знаку ґрадієнту концентрації вздовж поверхні катоди. Це уможливлює пояснити вплив магнетного поля у випадку паралельної орієнтації (де не діють Лорентцові сили) взаємним впливом МГД-ефектів і дифузії вздовж поверхні катоди.

Ключові слова: фрактальна структура, магнетне поле, Лорентцова сила, ґрадієнт концентрації.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ua/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


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  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