Способ визуализации двухжидкостной структуры квантовых жидкостей в оксидных расплавах



Способ визуализации двухжидкостной структуры квантовых жидкостей в оксидных расплавах
Способ визуализации двухжидкостной структуры квантовых жидкостей в оксидных расплавах
Способ визуализации двухжидкостной структуры квантовых жидкостей в оксидных расплавах
Способ визуализации двухжидкостной структуры квантовых жидкостей в оксидных расплавах

 

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 2570885:

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

Изобретение может быть использовано в фундаментальных исследованиях и при разделении обычных и сверхтекучих жидкостей. Способ визуализации двухжидкостной структуры квантовой жидкости в оксидных расплавах включает получение оксидного расплава путем плавления тонкодисперсного порошка В2О3 с добавками ВаО или Co3O4 в соотношении: ВаО - 1,0 мол.%; В2О3 - 99.0 мол.% мол. или Со3О4 - 1,0 мол.%; В2О3 - 99.0 мол.%. Оксидный расплав помещается в ячейку, состоящую из двух концентрически расположенных платиновых тиглей (1, 2), и после выдержки при температуре 1000°C исходный расплав самопроизвольно разделяется на сверхтекучую жидкость (расплав В2О3), перетекающую в малый платиновый тигель (1), и исходный расплав, находящийся в большом платиновом тигле (2). Сверхтекучий перетекающий расплав представляет собой оксид бора, остается прозрачным при любых температурах, в то время как исходный расплав с добавкой оксида бария при охлаждении приобретает молочно-белый цвет, обусловленный микроликвацией. В другом оксидном расплаве с добавкой оксида кобальта протекают аналогичные процессы при перетекании сверхтекучего расплава - исходный расплав сохраняет начальную интенсивную сине-фиолетовую окраску, тогда как сверхтекучий расплав, перетекающий в малый платиновый тигель (1), полностью обесцвечивается. Изобретение позволяет изучить свойства и признаки сверхтекучести и квантового состояния борных оксидных расплавов, а также определить химический состав сверхтекучей перетекающей части. 3 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к разработке способа визуализации двухжидкостной (далее ДС) структуры в сверхтекучих жидкостях. Проявление расплавом свойств ДС структуры является также подтверждением модели Ландау Л.Д. и может рассматриваться как один из дополнительных признаков сверхтекучести жидкости (расплава).

Визуализация ДС структуры была разработана применительно к борным оксидным расплавам, содержащим небольшие примеси до 1% мол. различных добавок.

Оксидный расплав получают путем плавления тонкодисперсного порошка В2О3 и допирующих добавок ВаО или Co3O4 в соотношении:

B2O3 - 99,0% мол.

МО - 1,0% мол.

Расплав гомогенизируется при помощи платиновой мешалки и представляет собой в исходном состоянии при комнатной температуре однородное стекло. Борное стекло помещается в ячейку, состоящую из двух концентрически расположенных платиновых тиглей (большой и малый). После выдержки при температуре 1000°C расплав разделяется на сверхтекучий расплав, который перетекает из большого в малый платиновый тигель, и исходный расплав, находящийся в большом платиновом тигле. Исходный расплав, охлажденный в ячейке до комнатной температуры, приобретает молочно-белый не прозрачный цвет, если содержит 1,0% мол. ВаО, или сине-фиолетовый цвет, если содержит 1% мол. Co3O4.

Сверхтекучий расплав В2О3, перетекающий в малый платиновый тигель, при любой температуре превращается в бесцветный и прозрачный расплав.

Изобретение относится к исследованию свойств нового класса сверхтекучих квантовых жидкостей-расплавов [7, 8], которые были открыты совсем недавно [1].

Принимая во внимание необычные параметры проявления квантовых свойств оксидных расплавов (температура 800-1000°C,) сегодня становятся особенно актуальными вопросы экспериментального изучения свойств и дополнительных признаков сверхтекучести борных расплавов.

К их числу относится также идентификация двухжидкостной структуры.

В настоящее время установлены такие признаки сверхтекучести как:

1. Нулевые значения изменения энтропии [2, 3, 4].

2. Перетекание сверхтекучего расплава в виде тонкого слоя [7].

3. Высокая склонность борных расплавов к формированию квантовых воронок [5].

Данное изобретение открывает новый признак сверхтекучести борных оксидных расплавов и позволяет ответить на вопрос, каков химический состав сверхтекучей перетекающей части.

Рассматривая полученный к настоящему времени экспериментальный материал, можно отметить следующие особенности в части идентификации сверхтекучей компоненты сверхтекучей жидкости.

Прежде всего, необходимо отметить, что в борных оксидных расплавах чистый компонент оксид бора в жидком состоянии при определенных параметрах состояния сам является носителем квантовых свойств и сверхтекучей жидкостью [1].

Анализ систем В2О3 [8] и R2O- В2О3 [7] позволяет установить следующие положения, которые, очевидно, являются общими:

1. При изучении структурных особенностей чистого бора соотношение В34 (где В3 и В4 количество трехкоординированного бора к содержанию четырехкоординированного) при комнатной температуре

приближается к 1, а количество четырехкоординированного бора составляет менее одного процента [2, 4].

2. С увеличением температуры концентрация В3 еще более возрастает, а концентрация В4 уменьшается и при температуре 950-1000°C по данным термоэлектрических исследований концентрация В4 составляет десятые доли процента [1, 2] и менее.

3. При добавлении к чистому В2О3 щелочных компонентов концентрация трехкоординированного бора уменьшается (фиг. 1, 2), а концентрация четырехкоординированного бора возрастает.

4. В зависимости от содержания в расплаве концентрации В3 сверхтекучие свойства расплава проявляются или исчезают.

5. Сверхтекучестью, а следовательно, и квантовыми свойствами обладают только расплавы с преобладающим содержанием В3. Сверхтекучие расплавы, идентифицированные по результатам перетекания, приведены в таблице 1.

6. Полученные результаты дают основание считать, что в бинарных системах типа R2O - В2О3 состав компоненты перетекающей сверхтекучей жидкости представляет собой сверхтекучий В2О3, однако никаких экспериментальных данных, подтверждающих эти представления, до настоящего времени не были получены.

Подтверждением последнего предположения являются следующие экспериментальные данные.

Идентификация сверхтекучести была аналогична приведенной в работах [7, 8] и проводилась следующим образом.

Ячейка состояла из двух концентрически расположенных платиновых тиглей, фиг. 3.

Объем между стенками большого и малого тигля заполняется исследуемым материалом В2О3 с добавками других оксидов. Ячейка накрывается сверху керамической крышкой для образования насыщенной атмосферы и сохранения целостности тончайшей пленки расплава, образующейся на внутренних и внешних поверхностях платиновых тиглей. Ячейка устанавливается в проволочную корзину для удобства быстрого перемещения в печное пространство трубчатой печи. Применяемая подвесная система гарантировала предотвращение воздействия блуждающих токов при случайном контакте деталей ячейки с нагретыми до высокой температуры деталями электрической печи. Ячейка помещалась в печь при температуре 1000°C и выдерживалась 60 мин. Пленка на твердой поверхности платины перемещалась, как показано стрелками, с большой скоростью. При этом по аналогии с жидким гелием толщина пленки составляет, по-видимому, несколько десятков мономолекулярных слоев и пленка совершенно не видима глазом, как во время опыта, так и после его окончания. Перемещение расплава из большого тигля в малый тигель отмечалось по появлению В2О3 в малом тигле и изменению уровней расплава. Следует подчеркнуть, что перетекание наблюдалось только для расплавов с нулевыми значениями коэффициента термо-ЭДС, т.е. безэнтропийных и обладающих квантовыми свойствами. Что касается расплавов, не обладающих квантовыми свойствами, то проведенные нами многочисленные опыты показывают полное отсутствие их перетекания.

В работе были использованы два различных по составу расплава.

1. В2О3 - 99,0%: ВаО - 1,0% мол.

2. В2О3 - 99,0%: Co3O4 - 1,0% мол.

На диаграмме состояния [6] состав 1 находится в крайней точке области ликвации. При варке стекла было установлено, что борно-бариевый расплав 1 оставаясь прозрачным при температуре выше 800°C при охлаждении подвергается микроликвации и приобретает равномерный молочно-белый цвет. Это свойство и использовалось для визуализации изменения состава перетекающей жидкости. Ячейка с исходным составом стекла помещалась в разогретую до температуры опыта (1000°C) печь и выдерживалась 60 минут. После охлаждения в ячейке наблюдались следующие изменения. Если исходный расплав подвергался микроликвации и приобретал молочно-белый цвет, то сверхтекучая часть расплава в малом платиновом тигле (фиг. 3) была полностью прозрачна и представляла собой, очевидно, по химическому составу чистый оксид бора (В2О3). Перетекание ВаО вместе со сверхтекучей частью расплава вызывало бы процесс микроликвации и появление молочно-белой окраски и в малом тигле, чего не наблюдалось в действительности.

Можно предполагать, что процессы, протекающие в сверхтекучих жидкостях, в частности образование в них двухжидкостной структуры, отличает их от термомеханических процессов, протекающих в обычных жидкостях.

Наблюдаемые впервые процессы дифференциации двухжидкостного расплава протекают на молекулярном уровне.

Для подтверждения процесса визуализации вторая серия опытов проводилась с расплавом оксида бора, окрашенного оксидом кобальта. С этой целью в расплав В2О3 вводился Co3O4 в количестве 1,0% мол. Расплав приобретал при этом интенсивную сине-фиолетовую окраску.

После проведения опыта по перетеканию окрашенного расплава по приведенной выше методике (температура 1000°C, выдержка 60 минут) в ячейке наблюдались следующие изменения. Из большого платинового тигля 2 (фиг. 3), наполненного окрашенным стеклом, произошло перетекание сверхтекучего расплава (сверхтекучей части расплава) в малый тигель. Расплав в малом тигле потерял сине-фиолетовую окраску и оказался полностью прозрачным и бесцветным. Именно такой результат был запрограммирован нами перед проведением опыта. Наблюдаемый экспериментально (визуально) результат по обесцвечиванию перетекающего расплава объясняется тем, что в процессе перетекания участвует только сверхтекучий расплав В2О3, который при своем перетекании не захватывает ВаО или Co3O4.

Представляет интерес повторение опыта с другими красящими оксидами.

Приведенный выше способ визуализации двухжидкостной структуры позволяет выявить дополнительный признак сверхтекучести и квантового состояния расплава.

Литература

1. Борисов А.Ф., Буньков М.М, Забелин В.А., Кислицына И А. Сверхтекучесть оксидных расплавов. / А.Ф. Борисов, М.М. Буньков, В.А. Забелин, И.А. Кислицына // Приволжский научный журнал / Нижегор. Гос. Архитектурно-строит. ун-т. - Н. Новгород, 2013. - №3. - С. 96-102.

2. Борисов А.Ф., Кислицына И.А. Проявление признаков квантововых свойств жидкости в оксидных расплавах по результатам термоэлектрических исследований / А.Ф.Борисов, И.А. Кислицына // Приволжский научный журнал / Нижегор. Гос. Архитектурно-строит. ун-т. - Н. Новгород, 2011. -№4. - С. 110-117.

3. Борисов А.Ф. Концентрационные и термические цепи с платиновыми электродами и оксидными электролитами: дис…д-ра хим. наук/ А.Ф. Борисов; Уральс. науч. центр, Ин-т электрохимии АН СССР Свердловск, 1981. - 273 с.

4. Патент (RU 2470864 С2): Способ получения оксидных расплавов, обладающих признаками сверхпроводящих жидкостей. 27.12.2012 г.

5. Способ получения оксидных стеклообразующих расплавов, обладающих способностью к формированию квантовых воронок. Уведомление о поступлении заявки. Регистрационный номер 2013141575. Дата поступления 10.09.2013 г.

6. Торопов Н.А., Барзаковский В.П., Лапин В.В., Курцева Н.Н. Диаграммы состояния силикатных систем: справочник. Вып. 1. Двойные системы / Акад. наук СССР. Ин-т химии силикатов им. И.В. Гребенщикова. -М.-Л.: Наука, 1965. - 546 с: с черт. - Библиогр. в конце разд. - 4200 экз.

7. Уведомление о положительном результате формальной экспертизы. Заявка №2013108552/05(012725) от 26.02.2013 г. Способ получения сверхтекучих квантовых жидкостей.

8. Уведомление о поступлении заявки №2013125987 от 05.06.2013 г. Способ получения квантовых жидкостей.

Способ визуализации двухжидкостной структуры квантовой жидкости в оксидных расплавах, отличающийся тем, что оксидный расплав получают путем плавления тонкодисперсного порошка В2О3 с добавками ВаО или Co3O4 в соотношении: ВаО-1,0 мол.%; В2О3-99.0 мол.% или Со3О4-1,0 мол.%; В2О3-99.0 мол.%, расплав помещается в ячейку, состоящую из двух концентрически расположенных платиновых тиглей, и после выдержки при температуре 1000°C исходный расплав самопроизвольно разделяется на сверхтекучую жидкость (расплав В2О3), перетекающую в малый платиновый тигель, и исходный расплав, находящийся в большом платиновом тигле; сверхтекучий перетекающий расплав представляет собой оксид бора, остается прозрачным при любых температурах, в то время как исходный расплав с добавкой оксида бария при охлаждении приобретает молочно-белый цвет, обусловленный микроликвацией, в другом расплаве с добавкой оксида кобальта протекают аналогичные процессы при перетекании сверхтекучего расплава - исходный расплав сохраняет начальную интенсивную сине-фиолетовую окраску, тогда как сверхтекучий расплав, перетекающий в малый платиновый тигель, полностью обесцвечивается.



 

Похожие патенты:

Использование: техническое решение относится к способам и средствам исследования водной среды путем определения ее параметров и может быть использовано при автоматическом мониторинге акваторий.

Изобретение относится к экологии, а именно к фитопатологии и защите растений. Для этого оценивают супрессивность почвы.

Изобретение относится к экологии, а именно биомониторингу и биоиндикации качества состояния окружающей среды (воздуха) в малых, средних и крупных поселениях с использованием количественного индекса лихеноиндикации - лишайникового индекса. Для этого вычисляют лишайниковый индекс (L), выражающийся отношением суммарной площади визуально доступных слоевищ к площади поверхности ствола дерева по формуле: , где L - лишайниковый индекс, d1 - минимальный размер диаметра слоевища лишайников (лишайниковой куртины (см)), d2 - максимальный размер диаметра слоевища лишайников (лишайниковой куртины (см)), D - обхват дерева (см), Н - расстояние от земли, выше которого нет двух талломов, расположенных друг от друга ближе чем на 10 d2, N - число талломов модельных видов лишайников на дереве.

Изобретение относится к фармацевтической промышленности, в частности к способу определения суммарной антиоксидантной активности экстрактов чаев методом вольтамперометрии на модифицированном фталоцианином кобальта Co(II) платиновом электроде.

Изобретение относится к текстильной, легкой и пищевой промышленности, а именно к технологии сушки и термовлажностной обработки пористых проницаемых материалов, и может быть использовано для определения коэффициента массоотдачи пористых материалов.

Изобретение относится к области анализа качества нефтепромысловых реагентов, в частности технологических жидкостей, содержащих поверхностно-активные вещества (ПАВ) анионного типа.

Изобретение относится к экологии и может найти применение при оценке степени токсичности определенного участка территории. Оценка состояния окружающей среды осуществляется путем оценки чистоты атмосферы по хвое деревьев, причем используется хвоя деревьев 2-3- летнего возраста, которую срезают на высоте 1,5 с части кроны, обращенной к источнику загрязнения, и оценивают экологическое состояние окружающей среды на основании определения соответствия отделяемых хвоинок биологическим особенностям путем осмотра на предмет проявления хлорозов и некрозов, класса повреждения хвои, класса усыхания хвои, при этом в случае, если соответствие биологическим особенностям составляет 95-100%, класс повреждения хвои соответствует хвое без пятен, а класс усыхания хвои соответствует неусохшей хвое, то это соответствует экологически безопасной зоне, если соответствие биологическим особенностям составляет 80-94%, класс повреждения хвои соответствует хвое с небольшим числом пятен, а класс усыхания хвои соответствует усыханию 1/3 длины хвоинки, то это соответствует зоне относительного экологического благополучия, если соответствие биологическим особенностям составляет менее 80%, класс повреждения хвои соответствует хвое с большим числом черных и желтых пятен, а класс усыхания хвои соответствует усыханию более 1/2 длины хвоинки, то это соответствует зоне повышенного экологического риска.

Изобретение относится к определению механических характеристик грунтов в лабораторных и полевых условиях. Для этого используют сдвиговое устройство для испытания на срез образцов мелкозернистых связных и несвязных грунтов и снега.

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к экспресс-обнаружению агрессивных химических веществ кислого характера на горизонтальных, наклонных и вертикальных поверхностях.

Группа изобретений относится к газовому анализу. Представлен электрохимический газовый датчик, включающий: корпус, первый рабочий электрод внутри корпуса, имеющий первую часть средства газопереноса с первым слоем катализатора на ней, и по меньшей мере второй рабочий электрод внутри корпуса, имеющий вторую часть средства газопереноса со вторым слоем катализатора на ней, при этом по меньшей мере одна из первой и второй частей средства газопереноса включает по меньшей мере одну область, в которой ее структура необратимо изменена посредством по меньшей мере одного из термического сваривания, химической реакции и осаждения материала для предотвращения газопереноса через упомянутую по меньшей мере одну из первой и второй частей средства газопереноса в направлении другой из упомянутой по меньшей мере одной из первой и второй частей средства газопереноса.

Изобретение относится к сверхпроводникам и технологии их получения. Оксидный сверхпроводящий провод включает лентообразный оксидный сверхпроводящий слоистый материал 1, сформированный путем нанесения промежуточного слоя 4 на стороне передней поверхности металлической лентообразной подложки 3, оксидного сверхпроводящего слоя 5 на промежуточном слое 4 и защитного слоя 6 на оксидном сверхпроводящем слое 5, и покрытие, включающее металлическую ленту 2 и слой металла с низкой точкой плавления 7, при этом ширина металлической ленты 2 больше, чем ширина оксидного сверхпроводящего слоистого материала 1, и лента 2 закрывает поверхность защитного слоя 6 оксидного сверхпроводящего слоистого материала 1, обе боковые поверхности оксидного сверхпроводящего слоистого материала 1 и оба концевых участка 3а задней поверхности подложки 3 в поперечном направлении, причем оба концевых участка металлической ленты 2 в поперечном направлении закрывают оба концевых участка 3а задней поверхности подложки 3а, слой металла с низкой точкой плавления 7 заполняет щели между оксидным сверхпроводящим слоистым материалом 1 и металлической лентой 2, окружающей оксидный сверхпроводящий слоистый материал 1, и соединяет металлическую ленту 2 и оксидный сверхпроводящий слоистый материал 1 друг с другом, а часть 7с заполняющего слоя металла с низкой точкой плавления продолжается в область углубленного участка 2d, сформированного между обоими концевыми участками металлической ленты 2 в поперечном направлении.

Изобретение относится к технологии материалов, преобразующих электромагнитное излучение. Способ получения прозрачных металлсодержащих полимеризуемых композиций, предназначенных для изготовления избирательно поглощающих электромагнитное излучение материалов для светотехники, опто- и микроэлектроники, осуществляют взаимодействием растворимых солей металлов или их смесей с органическими серосодержащими соединениями в мольных соотношениях, не превышающих 1:1,5, в качестве реакционной среды используют стирол и/или эфиры (мет)акриловой кислоты при мольном отношении в смеси стирола к эфирам (мет)акриловой кислоты от 0 до 1, при нагревании в интервале температур 70-90°C в течение 5-20 минут.

Настоящее изобретение относится к способам получения коллоидных частиц оксида металла (варианты), в частности диоксида кремния, а также к самим коллоидным частицам.

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Никель-хромовую тиошпинель получают СВС из смеси порошкообразного сульфида никеля NiS с добавлением порошка хрома и кристаллической серы, взятых до стехиометрического состава NiCr2S4 с 5%-ным избытком серы, в атмосфере воздуха.

Изобретение может быть использовано в неорганической химии при получении высших сульфидов титана Ti3S4, TiS2 и TiS3. Синтез высших сульфидов титана проводят в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в вакууме 10-3 атм.

Изобретение может быть использовано в химической технологии. Для получения наноразмерных и наноструктурированных материалов на основе слоистых трихалькогенидов переходных металлов общей формулы MQ3, где M=Ti, Zr, Hf, Nb, Та; Q=S, Se, Те, в качестве исходного материала используют порошкообразные трихалькогениды, которые диспергируют в наноразмерные частицы посредством ультразвуковой обработки в органическом растворителе.
Изобретение относится к области металлургии редких металлов, а именно к способам хлорирования редкометалльного сырья, и может быть использовано для производства хлоридов циркония и гафния для нужд атомной энергетики.

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Способ получения сульфидов титана включает взаимодействие титана с серой.

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.

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

Изобретение относится к способу получения сверхтекучей квантовой жидкости путем расплавления борного ангидрида (B2O3) при температуре выше 800°C. Полученный расплав представляет собой однокомпонентное соединение бора и кислорода и проявляет свойства сверхтекучей жидкости, такие как нулевая энтропия по данным термоэлектрических исследований, перетекание расплава по твердой поверхности платины из одного сосуда в другой при наличии общей для сосудов поверхности и разности уровней расплава, а также образует водовороты, характерные для сверхтекучих жидкостей при охлаждении расплава B2O3 от температуры 950-1000° до комнатной температуры, и при этом не производится механических воздействий на расплав борного ангидрида.
Наверх