Способ получения оксидных стеклообразующих расплавов, обладающих способностью к формированию квантовых воронок



Способ получения оксидных стеклообразующих расплавов, обладающих способностью к формированию квантовых воронок
Способ получения оксидных стеклообразующих расплавов, обладающих способностью к формированию квантовых воронок

 

C01G1/02 - Неорганическая химия (обработка порошков неорганических соединений для производства керамики C04B 35/00; бродильные или ферментативные способы синтеза элементов или неорганических соединений, кроме диоксида углерода, C12P 3/00; получение соединений металлов из смесей, например из руд, в качестве промежуточных соединений в металлургическом процессе при получении свободных металлов C21B,C22B; производство неметаллических элементов или неорганических соединений электролитическими способами или электрофорезом C25B)

Владельцы патента RU 2540956:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет" (ННГАСУ) (RU)

Изобретение относится к способу получения оксидных расплавов, обладающих способностью к формированию квантовых водоворотов. Способ заключается в резком охлаждении расплава от температуры 900-1000°С до комнатной температуры. Компоненты расплава берут в соотношении: К2О - 2,0-20,0 мол.%, В2О3 - 80,0-98,0 мол.%. Технический результат - разработка способа получения оксидных расплавов с необходимыми условиями для обеспечения положительного результата эксперимента. 1 ил., 1 табл.

 

Сверхтекучесть и квантовые свойства высокотемпературных неорганических расплавов были открыты совсем недавно в 2011-2013 году [1, 2, 3].

Исследование нового класса квантовых жидкостей позволило установить следующие основные признаки при проведении их идентификации:

1. Нулевая энтропия расплава по результатам термоэлектрических измерений.

2. Способность к перетеканию из одного сосуда в другой в виде тончайшего слоя при наличии общей твердой перегородки.

3. Формирование специфических квантовых воронок.

Таким образом, наряду со сверхпроводимостью и сверхтекучестью квантовые воронки могут быть использованы как показатели квантовых свойств жидкости. Впервые эта методика была использована в работах [2, 3] при идентификации квантовых свойств борных щелочных расплавов и расплава борного ангидрида. Однако условия проведения эксперимента при изучении гидродинамики сверхтекучих расплавов не были в достаточной степени изучены и, как показали наши опыты, могут привести к отрицательным результатам, т.е. заблокировать формирование квантовой воронки. В связи с этим разработка методики проведения опытов является актуальной задачей.

В качестве прототипа рассматривается патент на изобретение (RU 2470864) [1].

В отличие от прототипа в патенте установлены и соблюдаются необходимые условия для обеспечения положительного результата эксперимента.

Очевидно, условия опытов могут быть распространены и на другие оксидные расплавы и должны учитываться при исследовании гидродинамических свойств квантовых жидкостей.

Как показывают экспериментальные данные - образующиеся водовороты в борных оксидных расплавах имеют один тип, а именно, образуется одна центральная глубокая воронка с небольшой шарообразной полостью на дне воронки. Размеры ее геометрических параметров, глубина воронки, ее диаметр, наличие шарообразной полости зависят от условий опыта и физико-химических свойств расплава.

Порядок опыта был следующий. Расплав наплавлялся в платиновом или в корундизовом тигле объемом 50-100 см3, нагревался до температуры 900-950°С, выдерживался при этой температуре 15 мин и затем вынимался из печи, резко охлаждаясь на воздухе до полного остывания и затвердевания. Таким образом, фиксировалась образующаяся при какой-то более высокой температуре воронка.

Обращает на себя внимание низкая температура формирования воронки, например, для борного ангидрида визуальное наблюдение показывает, что начало формирования воронки составляет 247°С, заканчивается процесс при температуре около 195°С. Температура при этом контролировалась платино-родиевой термопарой.

Можно сказать, что процесс оформления квантовой воронки протекает при температурах, близких к температуре размягчения стеклообразного борного ангидрида Tg, которая по справочным данным составляет около 230°С [4], а вязкость равна 1013 пуаз и при температуре 215°С вязкость уже равна 1014,4 пуаз, тогда как по визуальным данным процесс формирования воронки заканчивается при температуре около 190°С, т.е. совершенно в твердом состоянии материала.

Можно предположить, что наблюдаемый процесс образования квантовой воронки инициирован большим температурным градиентом, который возникает здесь по условиям интенсивного не равномерного охлаждения расплава.

Температурный градиент вызывает структурирование расплава и появление геометрических конфигураций, которые называют воронками или водоворотами по терминологии, принятой в классической гидродинамике.

Высказанные предположения подтверждаются следующими экспериментальными данными:

Если проводить опыт, исключив при этом создание большого температурного градиента, например, охлаждая плавно расплав вместе с тепловым агрегатом, то получают совершенно другой результат, а именно - в последнем случае квантовая воронка не образуется в расплаве. Объясняется это тем, что исключен фактор, температурный градиент, который вызывает структурирование расплава в его высоковязком состоянии.

Гидродинамические особенности поведения расплава можно рассмотреть с позиций проявления принципа Ле-Шателье. Воздействию температурного градиента в данном случае будет противостоять такая перестройка структуры, которая стремится уменьшить температурный градиент. Такому состоянию расплава и образующихся структур будет соответствовать расплав с высокой теплопроводностью, в тысячи раз превышающей теплопроводность не структурированного расплава, а это не что иное как безэнтропийное квантовое состояние.

Очень важно при рассмотрении структурирующего воздействия температурного градиента рассмотреть результаты гидродинамических исследований в расплавах системы К2О-В2О3 в широком диапазоне составов. Как показывают экспериментальные данные, воронки образуются в расплавах в интервале от 0,0 до 20,0% мол. содержания K2O, подтверждая квантовую природу жидкости, в то время как по результатам перетекания расплавов [2] при температуре 850-900°С составы с содержанием К2О более 2,0% мол. уже теряют свою способность к перетеканию и, следовательно, не обладают квантовыми свойствами, при отсутствии корреляции двух рядов экспериментальных данных становится понятным, что следует обратить внимание на то, что перетекание исследуется в изотермических условиях при отсутствии интенсивно действующего на расплав большого температурного градиента. Это подтверждает высказанное ранее предположение о большом влиянии температурного градиента на формирование воронки и, следовательно, квантовых свойств борных щелочных расплавов.

В работе были специально исследованы особенности формования водоворотов в зависимости от глубины и объема расплава (таблица 1, Фиг. 1).

Экспериментальные данные показывают:

1. Существует минимальный уровень глубины расплава (не менее 12 мм), при котором отмечается начальное формирование водоворота.

2. Оптимальная глубина расплава в емкости должна быть не менее 30 мм.

3. Дальнейшее увеличение глубины расплава свыше 30 мм увеличивает глубину водоворота.

4. Применяемая методика позволяет существенно расширить концентрационные границы получения квантовых жидкостей.

5. Показано, что водовороты в борных щелочных расплавах образуются в их высоковязком и твердом состоянии. Установлены температурные границы формирования водоворотов в калиево-борных расплавах.

6. Отсутствие водоворотов и проявления квантовых свойств, при небольшом объеме расплава можно, по-видимому, объяснить малой величиной температурного градиента, недостаточной для протекания процессов структурирования.

7. Установлены оптимальные параметры объема расплава, необходимые для формирования водоворотов.

8. Очевидно, что не только объем расплава, но и скорость его охлаждения влияет на величину температурного градиента, уменьшающегося по мере снижения скорости охлаждения. При определенной малой скорости охлаждения расплав теряет способность к образованию водоворотов.

9. Контрольный опыт показывает, что расплав оконного стекла промышленного состава в аналогичных условиях при охлаждении не формирует обычный мениск жидкости и не образует квантовых водоворотов. Отсюда следует, что химический состав исследуемого расплава оказывает решающее влияние на проявление квантовых свойств жидкости.

10. Исследование гидродинамических свойств стеклообразующих жидкостей представляет собой новый экспрессный метод идентификации квантовых свойств расплавов.

Литература

1. Патент (RU 2470864 C2): Способ получения оксидных расплавов, обладающих признаками сверхпроводящих жидкостей, 27.12.2012 г.

2. Заявка на патент №213108552 «Способ получения квантовых жидкостей - сверхтекучих оксидных расплавов» от 26.02.2013 г.

3. Заявка на патент №2013125987 «Способ получения однокомпонентной сверхтекучей квантовой жидкости на основе расплава неорганического полимера» от 05. 06. 2013 г.

4. О.В. Мазурин, М.В. Стрельцина, Т.П. Швайко-Швайковская. Свойства стекол и стеклообразующих расплавов, справочник, том 2, издательство «Наука», Ленинград, 1975 г., 632 с.

Способ получения оксидных расплавов, обладающих способностью к формированию квантовых водоворотов путем резкого охлаждения расплава от температуры 900-1000°С до комнатной температуры, отличающийся тем, что компоненты расплава взяты в следующих соотношениях:

К2O 2,0-20,0 мол .%
В2О3 80,0-98,0 мол.%



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии получения изделий оптоэлектроники и солнечной энергетики, а именно к раствору для гидрохимического осаждения полупроводниковых пленок сульфида индия(III).

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Наноразмерные оксиды металлов получают химической реакцией окисления металлоорганического соединения при инициировании процессов энергетическим воздействием, в качестве которого используют импульсный электронный пучок энергией электронов 100÷500 кэВ, длительностью 10÷100 нс и с полным током пучка 1-10 кА.

Изобретение может быть использовано в области неорганической химии. Способ получения сульфида металла включает растирание, прессование исходных веществ, воспламенение, сжигание и синтез сульфидов в режиме горения в атмосфере воздуха.

Изобретение может быть использовано в фундаментальных исследованиях и при разделении обычных и сверхтекучих жидкостей. Способ получения оксидных расплавов, обладающих квантовыми свойствами и сверхтекучестью при температурах 850-1050 °С, включает сплавление борного ангидрида с углекислыми солями калия или цезия в следующих соотношениях в расчете на оксиды: B2О3 - 99,0% мол., K2О - 1,0% мол.

Изобретение относится к области синтеза оксидов металлов простого и сложного состава, обладающих диэлектрическими или полупроводниковыми свойствами, в виде тонких наноструктурированных покрытий на поверхности изделий различной формы.
Изобретение относится к неорганической химии, а именно к получению сульфидов р-элементов III группы Периодической системы, являющихся перспективными материалами для полупроводниковой оптоэлектронной техники и инфракрасной оптики.

Изобретение относится к области материаловедения и металлургии, а именно к способам получения пентафторидов ниобия или тантала. .

Изобретение относится к способу и аппарату для получения металлооксидных материалов, включая гидраты оксидов металлов и/или оксиды металлов и катализаторы. .

Изобретение относится к получению сверхпроводящих материалов, находящихся в жидком состоянии, которые могут быть использованы в качестве модельных жидкостей при разработке сверхпроводников.

Изобретение относится к способу получения среднего дистиллята из углеводородсодержащих энергоносителей. .

Изобретение может быть использовано в фундаментальных исследованиях и при разделении обычных и сверхтекучих жидкостей. Способ получения оксидных расплавов, обладающих квантовыми свойствами и сверхтекучестью при температурах 850-1050 °С, включает сплавление борного ангидрида с углекислыми солями калия или цезия в следующих соотношениях в расчете на оксиды: B2О3 - 99,0% мол., K2О - 1,0% мол.

Изобретение относится к получению сверхпроводящих материалов, находящихся в жидком состоянии, которые могут быть использованы в качестве модельных жидкостей при разработке сверхпроводников.

Изобретение относится к боросиликатной композиции, используемой в качестве добавки для удержания наполнителей при производстве бумаги. .

Изобретение относится к технологии боропродуктов, в частности борной кислоты, которая находит применение в химической, строительной и других отраслях народного хозяйства.

Изобретение относится к химической технологии. .

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к способам получения борной кислоты из боросиликатного сырья. .

Изобретение относится к способам разделения оксидов бора и мышьяка (3) и позволяет упростить процесс, выделить целевые продукты в исходной форме и предотвратить загрязнение окружающей среды.

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к способам получения борной кислоты и сульфата магния из магниевого боратового сырья, содержащего диоксид кремния и оксиды железа.
Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения тетрафторбората лития включает добавление раствора боргидрида лития в тетрагидрофуране в жидкий фтористый водород при температуре (-57)-(-53)°C.
Наверх