Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 icon

Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004



Смотрите также:
1   2   3   4   5   6


Изучение свойств материалов обладающих аномально высокой протонной проводимостью являются актуальным. Это обусловлено практическим применением этих материалов в технике. Например, водородные топливные элементы могут применяться для получения тепловой энергии и электроэнергии в различных установках, в том числе в электроавтомобилях.

Впервые, аномально высокую протонную проводимость в кристаллах уранилфосфата исследовали английские ученые Howe и Chilton в 1976 г.

В 1982 г. Барановым А.И. Шуваловым Л.А. и Щагиной Н. В. открыта суперпротонная проводимость в кристаллах CsHSО4 и аналогичных ему соединениях гидроселенатов (1). Проводимость, в этих веществах была подробно изучена к.п.н. Трегубченко А.В. (2) и им же, впервые исследована протонная проводимость и структурные фазовые переходы в соединениях Rb3H(SеO4)2 , (NH4)3 Н (SеO4) 2. В частности, проводимость в этих соединениях достигает значений σ  10-2 Ом-1см-1 , что сравнимо с проводимостью их расплавов. Материалы, имеющие ионную проводимость в твердом состоянии сравнимую с ионной проводимостью в расплаве этого соединения, называют суперионными. Ряд соединений, показанных в таблице 1. можно продолжить, например, Cs 3 Н (SO4) 2, и Rb3H(SO4)2 и другие. Однако, в соединениях, например Rb3H(SO4)2 , фаза с аномально высокой температурой не реализуется, так как кристалл начинает плавиться раньше перехода в суперионную фазу. В (NH4)3H(SO4)2, проблема заключается в несоразмерной фазе, которую трудно исследовать, так как параметры при последующих измерениях имеют значительный разброс. Тем не менее, данное соединение также имеет фазу с высокой протонный проводимостью, как и в изученных кристаллах селенатов.


Таблица 1.

Температуры перехода в суперионное состояние и значения проводимости в точке перехода по кристаллографическому направлению [001], а также значения энтальпии активации и предэкспоненцильного множителя.




Кристалл

Tci, K


σ с, См см

Н, эВ

А,К/Ом см

1

CsHSО4

414

1,5*10-2

0,275

7,34*103

2

Rb3H(SеO4)2

450

2,8*10-3

0,26

2,8*103

3

Cs3H(SеО4) 2

456

2,7*10-3

0,26

3,4*103

4

(NH4)3 Н (SеO4)2

332

4,6*10-3

0,3

4,7*103

5

(NH4)3 Н (SO4)2

414

2,4*10-3

0,32

5,4*103



В данной работе приведены результаты исследования проводимости в кристалле (NH4)3 Н (SO4) 2. Измерения проводились на кристаллах выращенных в научно-исследовательской лаборатории «Новые материалы и технологии» кафедры «Ремонт автомобилей и двигателей», УрТК (руководитель к.ф.-м.н. А.В. Трегубченко).

Кристаллы имели форму гексагональных пластинок с развитой плоскостью [001].

Проводимость измеряли на частоте 1Мгц. измерителем Е7-12, в диапазоне температур 293-500 К, с использованием серебренной пасты «Дегусса». По результатам измерений были построены графики зависимости проводимости от температуры, представленные на рис. 1.


∆Н=0,32 эВ

- 1 А ~ 5400 К/Ом см


Ln(σT) Ом-1см -1 К КОм-1см -1





- 6 Tci

2,2 2,5 3,0 1/T* 103 , К


Рис.1 График зависимости Ln(σT) от 1/T


Как видно из графика значения σ, Ln(σT) являются типичными для суперионных проводников. Вычисленные значения энтальпии, и предэкспоненциального множителя из графиков проводимости имеют типичные значения, см. таблицу 1. Из [2] известно, что кристаллические структуры в кристаллах (NH4)3 Н (SO4)2 и Rb3H(SеO4)2 подобны, значения проводимости и другие величины близки по значениям, тогда можно предположить, что и механизмы протонной проводимости в кристалле (NH4)3 Н (SO4)2 будут подобными механизму проводимости в гидросульфатах и тригидроселенатах щелочных металлов. В данных типах кристаллов проводимость является прыжковой и происходит с разрывом цепочки водородных связей и образования новых водородных связей. Этот механизм является присущим только для соединений имеющих структурную сетку водородных связей, таких как, например; CsHSО4, КH2РО4, см. рис.2, и Rb3H(SеO4)2, см. рис.3.

Особенностью кристаллов типа Ме3H(АO4)2

где Ме - Rb, Cs, (NH4) ; А - S, Sе.

является наличие плоскостей образованных тетраэдрами SеO4, вершины которых связаны протонной связью (см. рис 2). Поэтому проводимость в плоскости [001] и значительно выше, примерно в ~50 раз, чем в плоскостях [100] и [010].











с










а в





Рис.2 Механизм перескока протона происходящий с разрывом водородной связи в кристаллах типа CsHSО4 в суперионной фазе:

- протон, тетраэдр- SO4, водородная связь, - разорванная водородная связь, - образованная водородная связь.




















с



в


а

Рис. 3 Схема водородных связей в кристаллах типа М3H(АO4)2 в суперионной фазе.

- тетраэдры ^ SеO4 располагающиеся над плоскостью рисунка,

- тетраэдры SеO4 располагающиеся под плоскостью рисунка,

- направление прыжка протона,

- возможная водородная связь,

- разорванная водородная связь


Фазовый переход, происходящий в кристалле сопровождается изменением диэлектрической проницаемости ε. При температуре фазового перехода значения диэлектрической проницаемости начинают увеличиваться. Однако на частоте 1МГц это увеличение также происходит и из-за образования двойного электрического слоя. Наблюдения в поляризованном свете показали, что суперпротонный фазовый переход одновременно является и сегнетоэластическим.

В суперпротонной фазе кристалл разбит на блоки с разными направлениями кристаллографических осей. Более детальное изучение свойств кристаллов (NH4)3 Н (SO4)2 требует применения других методов исследований, которых нет в нашем колледже.


Библиографический список:


1. Баранов А.И., Шувалов Л.А.,Щагина Н.М. Суперионная проводимость и фазовые переходы в кристаллах CsHSO4 и CsDSO4 . Письма в ЖТЭФ №82,т.36,с.381-384.

2. Трегубченко А.В., Щагина Н.М. Сегнетоэлектрические и структурные фазовые переходы в кристаллах группы Cs3H(SeO4)2 . Тезисы докладов XI Всесоюзной конференции по физике сегноэлектриков. Черновцы, 1986. Т. 2. С. 63




^ Магнитная жидкость.


Старицын С.О.


Научный руководитель: к.ф-м.н., доцент, Трегубченко А. В.


Старицын Сергей –

студент группы 1Т2

специальности 1705

«Техническое обслу-

живание и ремонт ав-

томобильного тран-

спорта».

Обладает способностью сконцентрировать усилия для достижения поставленных целей, выдержанный, настойчивый., обязательный., открытый, активный. Увлекается техникой, компьютером, хороший организатор.



Магнитное поле притягивает или отталкивает все вещества. Но на большинство оно действует настолько слабо, что это удается обнаружить только специальными приборами. Можно ли усилить магнитные свойства материала? Инженеры давно мечтают о системах, которые позволили бы придать некоторым веществам или телам магнитные свойства, при этом абсолютно не разрушая их структуры и мало изменяя их исходные свойства.

Пятьдесят лет назад была запатентована оригинальная конструкция механической муфты – устройства для передачи вращения от одного вала к другому. Муфта содержала смесь железного порошка и масла. Под действием магнитного поля, создаваемого электрическим током, проходящим по катушке, жидкость «твердела», и тогда два вала начинали работать как единое целое. При отсутствии же поля крутящий момент не передавался. Однако такая жидкость является капризной, в ней появлялись комки, и она не хотела твердеть. Поэтому магнитные порошковые муфты долго не находили применения (1).

Все изменилось, когда создали устойчивые магнитные жидкости, обладающие хорошей текучестью. В них вводили столь мелкие магнитные частицы, что они никогда не оседали и не сбивались в комок.

Магнитные жидкости представляют собой коллоидные дисперсии магнитных материалов (ферромагнетиков; магнетита, ферритов) с частицами размером от 5 нанометров до 10 микрометров, стабилизированные в полярной (водной или спиртовой) и неполярной ( уг-леводороды и силиконы ) средах с помощью поверхностно – активных веществ или полимеров.

Они сохраняют устойчивость в течение двух – пяти лет и обладают при этом хорошей текучестью в сочетании с магнитными свойствами (2). Синтез магнитных жидкостей включает в себя стадии получения частиц очень малых размеров, их стабилизацию в соответствующей жидкости-носителе и испытание полученной дисперсии в гравитационном и магнитном полях. Способов получения магнитных жидкостей много. Одни основаны на размельчении железа, никеля, кобальта до сотых долей микрона с помощью мельниц, дугового или искрового разряда, с применением сложной аппаратуры и ценой больших затрат труда. Существует другой способ, который разработали отечественные ученые М. А. Лунина, Е. Е. Бибик и Н. П. Матусевич

Способ приготовления магнитной жидкости


1. Растворите в 500 мл дистиллированной воды ( можно при слабом подогреве и несильном помешивании) 24 грамма трехвалентной соли железа (хлорного или сернокислого) и 12 граммов двухвалентной соли железа (хлористого или сернокислого).

^ 2. Полученный раствор отфильтруйте на воронке в другую колбу через фильтро-вальную бумагу для отделения механических примесей.

3. В первую колбу, предварительно промыв ее водой, залейте (осторожно) около 100-150 мл аммиачной воды (работу лучше проводить под тягой или на открытом воздухе).

4. Очень осторожно, тонкой струей вливайте из второй колбы отфильтрованный раствор в первую, содержащую аммиачную воду, и интенсивно взбалтывайте ее. Коричневато-оранжевый раствор мгновенно превратится в суспензию черного цвета. Долейте немного дистиллированной воды и поставьте колбу с образовавшейся смесью на постоянный магнит на полчаса.

5. После того как образованные частицы магнетита в виде «дождя» под действием сил магнитного поля выпадут на дно колбы, осторожно слейте около двух третей раствора в канализацию, удерживая осадок магнитом, и снова залейте в колбу дистиллированную воду. Хорошенько ее взболтайте и опять поставьте на магнит. Операцию повторяйте до тех пор, пока рН раствора не достигнет 7.5 – 8.5 (нежно – зеленая окраска индикаторной бумаги при смачивании ее промывным раствором).

6. После того как последний промывной раствор на две трети слить, загущенную суспензию отфильтруйте через бумажный фильтр на воронке и полученный осадок черного цвета смешайте с 7,5 грамма натриевой соли олеиновой кислоты.

^ 7. Смесь поместите в фарфоровый стаканчик и прогрейте до 80 градусов С на электрической плитке, хорошо перемешивая, в течение часа.

8. Полученную «патоку» черного цвета охладите до комнатной температуры, долейте 50 – 60 мл дистиллированной воды и тщательно размешайте получившуюся коллоидную систему.

9. Разведенную водой «патоку» подвергните центрифугированию при 4000 об/мин в течение одного часа или еще раз поставьте стаканчик с ней на кольцевой магнит. Перелейте полученную магнитную жидкость в химический стакан и поднесите снаружи магнит. Жидкость потянется за ним. После того как вы уберете магнит, на стекле останется след от жидкости. Он должен иметь коричневато – оранжевую окраску и не содержать посторонних частиц.

^ 10. Хранить водную магнитную жидкость желательно в пластиковой светонепроницаемой таре в прохладном месте.




страница2/6
Дата конвертации23.10.2013
Размер0,72 Mb.
ТипДокументы
1   2   3   4   5   6
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rud.exdat.com


База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2012
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Документы