Движение электролита при травлении и осаждении металлов в неоднородном постоянном магнитном поле

Рассмотрены особенности движения электролита в приповерхностном слое в процессах травления и осаждения металлов на ферро-магнитный электрод в форме шара при его намагничивании во внешнем однородном магнитном поле умеренной напряженности (∼ 1 кЭ). Выбор электрода форме шара, который является частным случаем трехосного эллипсоида вращения, позволяет в такой модельной системе легко отделить эффекты магнитного поля от эффектов иной природы благодаря эквивалентности всех точек его поверхности при отсутствии намагничивания. Показано, что под воздействием неоднородных магнитостатических полей рассеяния намагниченного ферромагнитного шара возникает неоднородное распределение концентрации парамагнитных или эффективно парамагнитных кластерных продуктов электрохимических реакций, например в форме микро- или нанопузырьков, стабилизированных парамагнитными или диамагнитными ионами в электролитах, и коллоидных частиц с их ионным окружением. Найдены концентрационная ЭДС, плотность тока в электролите и функциональное выражение для скорости вращения электролита в приповерхностном слое намагниченного стального шара в плоскости, перпендикулярной к направлению внешнего магнитного поля, а также уравнение, описывающее поверхность раздела областей электролита с проти-воположными направлениями вращения. Результаты теоретическго моделирования работы могут быть применены для создания функциональных материалов методами магнитоэлектролиза и для моделирования влияния биогенных магнитных наночастиц на транпортные процессы и биохимические реакции в клетках живых организмов.

Год издания: 
2013
Номер: 
4
УДК: 
537.63; 537.84; 544.63
С. 106—113. Іл. 1. Бібліогр.: 25 назв.
Литература: 

1. Y.C. Tang and A.J. Davenport, “Magnetic field effects on the corrosion of artificial pit electrodes and pits in thin films”, J. Electrochem. Soc., vol. 154, no. 7, pp. 362— 370, 2007.
2. R. Sueptitz et al., “Magnetic field effect on the anodic behaviour of a ferromagnetic electrode in acidic solutions”, Electrochimica Acta, vol. 54, no. 8, pp. 2229— 2233, 2009.
3. I. Costa et al., “The effect of the magnetic field on the corrosion behavior of Nd—Fe—B permanent magnets”, J. Magn. Magn. Mater., vol. 278, no. 3, pp. 348—358, 2004.
4. M.D. Pullins et al., “Microscale confinement of paramagnetic molecules in magnetic field gradients surrounding ferromagnetic microelectrodes”, J. Phys. Chem. B, vol. 105, no. 37, pp. 8989—8994, 2001.
5. O.Yu. Gorobets and D.O. Derecha, “Quasi-periodic microstructuring of iron cylinder surface under its corrosion in the combined electric and magnetic fields”, Mater. Sci., vol. 24, no. 4, pp. 1017—1025, 2007.
6. S.V. Gorobets et al., “Periodic microstructuring of iron cylinder surface in nitric acid in a magnetic field”, Appl. Surf. Sci., vol. 252, no. 2, pp. 448—454, 2005.
7. M.Yu. Ilchenko et al., “Influence of external magnetic field on the etching of a steel ball in an aqueous solution of nitric acid”, J. Magn. Magn. Mater., vol. 322, pp. 2075— 2080, 2010.
8. O.Yu. Gorobets et al., “Nickel Electrodeposition under Influence of Constant Homogeneous and High-Gradient Magnetic Field”, J. Phys. Chem. C, vol. 112, no. 9, pp. 3373—3375, 2008.
9. P. Dunne and J.M.D. Coey, “Patterning metallic electrodeposits with magnet arrays”, Phys. Rev. B, vol. 85, pp. 224411 (1—20), 2012.
10. P. Dunne et al., “Magnetic Structuring of Electrodeposits”, Phys. Rev. Let., vol. 107, pp. 024501 (1—4), 2011.
11. K. Tschulik et al., “How to obtain structured metal deposits from diamagnetic ions in magnetic gradient fields?”, Electrochem. Commun., vol. 13, pp. 946—950, 2011.
12. K. Tschulika et al., “Electrodeposition of Separated Metallic Structures in Superimposed Magnetic Gradient Fields”, Electrochem. Soc., vol. 41, no. 26, pp. 9—16, 2012.
13. S.V. Gorobets et al., “Electrolyte vortex flows induced by a steady-state magnetic field in the vicinity of a steel wire used as an accelerator of the chemical reaction rate”, Magnetohydrodynamics, vol. 39, no. 2, pp. 211—214, 2003.
14. Модель возникновения вихревых потоков электролита при цементационном осаждении дендритных покритий в градиентном магнитном поле / О.Ю. Горобец, С.В. Горобец, Ю.А. Легенький, Ю.Н. Пименов // Вісник Донецького ун-ту. — 2009. — № 2. — С. 192—196.
15. V.G. Bar’yakhtar et al., “Velocity distribution in electrolyte in the vicinity of a metal cylinder in a steady magnetic field”, J. Magn. Magn. Mater., vol. 272, pp. 2410—2412, 2004.
16. O.Yu. Gorobets et al., “Quasi-stationary heterogeneous states of electrolyte at electrodeposition and etching processin a gradient magnetic field of a magnetized ferro magnetic ball”, J. Magn. Magn. Mater., vol. 330, pp. 76— 80, 2013.
17. Горобець О. Ю., Горобець Ю. І., Роспотнюк В. П., Електрорушійна сила при травленні однорідно намагніченої кулі в електроліті // Металлофизика и новейшие технологии. — 2012. — № 34. — С. 895—906.
18. J.W.G. Tyrrell and P. Attard, “Images of nanobubbles on hydrophobic surfaces and their interactions”, Phys. Rev. Let., vol. 87, pp. 176104—176108, 2001.
19. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. — М.: Физматлит, 2003. — Т. VIII: Электродинамика сплошных сред. — C. 329—337.
20. Шерклиф Дж. Курс магнитной гидродинамики. — М.: Мир, 1967. — 320 с.
21. Левич В. Г. Физико-химическая гидродинамика. — М.: Физматгиз, 1959. — C. 49—54.
22. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. — М.: Физматлит, 2006. — Т. VI: Гидродинамика. — C. 71—77.
23. Кочин Н.Е., Кибель И.А., Розе Н.В. Теоретическая гидромеханика. Ч. 2. — М.: Физматлит, 1963. — C. 385— 400.
24. Антропов Л.И. Теоретическая электрохимия. — М.: Высшая школа,1984. — C. 112—115.
25. Харнед Г., Оуэн Б. Физическая химия растворов электролитов. — М.: Издатинлит, 1952. — С. 168—173.

Транслитерированый список литературы: 

1. Y.C. Tang and A.J. Davenport, “Magnetic field effects on the corrosion of artificial pit electrodes and pits in thin films”, J. Electrochem. Soc., vol. 154, no. 7, pp. 362–370, 2007.
2. R. Sueptitz et al., “Magnetic field effect on the anodic behaviour of a ferromagnetic electrode in acidic solutions”, Electrochimica Acta, vol. 54, no. 8, pp. 2229–2233, 2009.
3. I. Costa et al., “The effect of the magnetic field on the corrosion behavior of Nd–Fe–B permanent magnets”, J. Magn. Magn. Mater., vol. 278, no. 3, pp. 348–358, 2004.
4. M.D. Pullins et al., “Microscale confinement of paramagnetic molecules in magnetic field gradients surrounding ferromagnetic microelectrodes”, J. Phys. Chem. B, vol. 105, no. 37, pp. 8989–8994, 2001.
5. O.Yu. Gorobets and D.O. Derecha, “Quasi-periodic microstructuring of iron cylinder surface under its corrosion in the combined electric and magnetic fields”, Mater. Sci., vol. 24, no. 4, pp. 1017–1025, 2007.
6. S.V. Gorobets et al., “Periodic microstructuring of iron cylinder surface in nitric acid in a magnetic field”, Appl. Surf. Sci., vol. 252, no. 2, pp. 448–454, 2005.
7. M.Yu. Ilchenko et al., “Influence of external magnetic field on the etching of a steel ball in an aqueous solution of nitric acid”, J. Magn. Magn. Mater., vol. 322, pp. 2075–2080, 2010.
8. O.Yu. Gorobets et al., “Nickel Electrodeposition under Influence of Constant Homogeneous and High-Gradient Magnetic Field”, J. Phys. Chem. C, vol. 112, no. 9, pp. 3373–3375, 2008.
9. P. Dunne and J.M.D. Coey, “Patterning metallic electrodeposits with magnet arrays”, Phys. Rev. B, vol. 85, pp. 224411 (1–20), 2012.
10. P. Dunne et al., “Magnetic Structuring of Electrodeposits”, Phys. Rev. Let., vol. 107, pp. 024501 (1–4), 2011.
11. K. Tschulik et al., “How to obtain structured metal deposits from diamagnetic ions in magnetic gradient fields?”, Electrochem. Commun., vol. 13, pp. 946–950, 2011.
12. K. Tschulika et al., “Electrodeposition of Separated Metallic Structures in Superimposed Magnetic Gradient Fields”, Electrochem. Soc., vol. 41, no. 26, pp. 9–16, 2012.
13. S.V. Gorobets et al., “Electrolyte vortex flows induced by a steady-state magnetic field in the vicinity of a steel wire used as an accelerator of the chemical reaction rate”, Magnetohydrodynamics, vol. 39, no. 2, pp. 211–214, 2003.
14. Model' vozniknovenii͡a vikhrevykh potokov ėlektrolita pri t͡sementat͡sionnom osazhdenii dendritnykh pokritiĭ v gradientnom magnitnom pole / O.I͡U. Gorobet͡s, S.V. Gorobet͡s, I͡U.A. Legen'kiĭ, I͡U.N. Pimenov // Visnyk Donet͡s′koho un-tu. – 2009. – # 2. – S. 192–196.
15. V.G. Bar’yakhtar et al., “Velocity distribution in electrolyte in the vicinity of a metal cylinder in a steady magnetic field”, J. Magn. Magn. Mater., vol. 272, pp. 2410–2412, 2004.
16. O.Yu. Gorobets et al., “Quasi-stationary heterogeneous states of electrolyte at electrodeposition and etching process in a gradient magnetic field of a magnetized ferromagnetic ball”, J. Magn. Magn. Mater., vol. 330, pp. 76–80, 2013.
17. Horobet͡s′ O. I͡u., Horobet͡s′ I͡u. I., Rospotni͡uk V. P. Elektrorushiĭna syla pry travlenni odnoridno namahnichenoï kuli v elektroliti // Metallofizika i noveĭshie tekhnologii. – 2012. – # 34. – S. 895–906.
18. J.W.G. Tyrrell and P. Attard, “Images of nanobubbles on hydrophobic surfaces and their interactions”, Phys. Rev. Let., vol. 87, pp. 176104–176108, 2001.
19. Landau, L.D., Lifshit͡s E.M. Teoreticheskai͡a fizika. – M.: Fizmatlit, 2003. – T. VIII: Ėlektrodinamika sploshnykh sred. – S. 329–337.
20. Sherklif Dzh. Kurs magnitnoĭ gidrodinamiki. – M.: Mir, 1967. – 320 s.
21. Levich V. G. Fiziko-khimicheskai͡a gidrodinamika. – M.: Fizmatgiz, 1959. – C. 49–54.
22. Landau L.D., Lifshit͡s E.M. Teoreticheskai͡a fizika. – M.: Fizmatlit, 2006. – T. VI: Gidrodinamika. – S. 71–77.
23. Kochin N.E., Kibel' I.A., Roze N.V. Teoreticheskai͡a gidromekhanika. Ch. 2. – M.: Fizmatlit, 1963. – S. 385–400.
24. Antropov L.I. Teoreticheskai͡a ėlektrokhimii͡a. – M.: Vysshai͡a shkola,1984. – S. 112–115.
25. Kharned G., Ouėn B. Fizicheskai͡a khimii͡a rastvorov ėlektrolitov. – M.: Izdatinlit, 1952. – S. 168–173.

Полнотекстовый документSize
2013-4-17.pdf316.29 KB