Горобець Оксана Юріївна. Просторова самоорганізація в твердому тілі в умовах впливу магнітного поля та електрохімічних перетворень : Дис... д-ра наук: 01.04.07 - 2008.
Анотація до роботи:
Горобець О.Ю. Просторова самоорганізація в твердому тілі в умовах впливу магнітного поля та електрохімічних перетворень.-Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла.- Інститут електрофізики і радіаційних технологій НАН України, Харків.-2008.
В дисертації вирішено проблему комбінованого впливу магнітних полів та електрохімічних перетворень на структуру та фізичні властивості твердих тіл в умовах просторової самоорганізації. Розвинута теоретична модель встановлює взаємозалежність розподілу швидкостей електроліту з розподілом електричного потенціалу та густини струму в твердотільному провідному циліндрі в умовах одночасного впливу магнітного поля та електрохімічних перетворень. При цих умовах шляхом спостереження вихрової структури електроліту було вперше експериментально виявлено утворення самоорганізованих просторово квазіперіодичних розподілів електричного поля та густини струму в провідному твердому тілі і встановлено їх характеристики. Вперше експериментально виявлено і досліджено утворення самоорганізованої квазіперіодичної мікромасштабної структури феромагнітних зразків при їх корозії в розчині азотної кислоти в магнітному полі. Нові точні 3D розв’язки рівнянь Ландау-Ліфшиця описують нескінченну кількість різних станів намагніченості циліндричного феромагнетику при фіксованих граничних умовах. Виявлені нові процеси самоорганізації в твердому тілі можуть знайти практичне використання для виготовлення феромагнітних матриць градієнтних магнітних фільтрів, а також для інтенсифікації процесу біосорбції іонів важких металів.
В результаті проведення наукових досліджень за темою дисертаційної роботи вирішена проблема комбінованого впливу зовнішніх факторів, таких як магнітні поля та електрохімічні перетворення, на структуру, фізичні властивості твердих тіл в умовах просторової самоорганізації та виявлення фізичних механізмів, що визначають виникнення індукованих спільною дією постійного магнітного поля та електрохімічних перетворень ефектів самоорганізації в твердому тілі від мезо- до мікромасштабів. Основні наукові й практичні результати можна сформулювати в вигляді таких висновків:
В умовах впливу постійного однорідного магнітного поля та електрохімічних перетворень в провідному твердому тілі експериментально знайдено та теоретично описано нові ефекти утворення самоорганізованих просторово квазіперіодичних розподілів електричного поля та густини струму, а також ефекти просторово квазіперіодичного структурування форми провідного твердого тіла та його поверхні з ієрархією масштабів від мезо- до мікромасштабів.
Розвинута теоретична модель просторово періодичного розподілу електричного потенціалу та густини струму в просторово однорідному твердотільному провідному циліндрі та в оточуючому електроліті в умовах одночасного впливу постійного однорідного магнітного поля та електрохімічних перетворень встановлює взаємозалежність розподілу швидкостей електроліту з розподілом електричного потенціалу та густини струму в зразку та описує такі закономірності:
розподіл швидкостей електроліту, зміну напрямку обертання вихрової структури на протилежний при зміні напрямку магнітного поля на протилежний;
співпадіння характерного масштабу просторово періодичного розподілу електричного потенціалу та густини струму по міжфазній поверхні провідник – електроліт з характерним масштабом згасання потенціалу та густини струму в середині зразка та з характерним масштабом згасання швидкості електроліту з відстанню від поверхні зразка, що дає можливість використовувати розподіли швидкостей електроліту в магнітному полі для визначення розподілу електричних полів та струмів в провідному твердому тілі.
При цьому шляхом спостереження закономірностей утворення квазіперіодичної мезомасштабної структури (вихрових потоків розчину азотної кислоти навколо твердотільного провідного циліндру при його корозії в постійному магнітному полі) було вперше експериментально виявлено ефект утворення під одночасним впливом магнітного поля та електрохімічних перетворень самоорганізованих просторово квазіперіодичних розподілів електричного поля та відповідно густини струму в провідному твердому тілі і встановлено їх наступні характеристики:
ефект спостерігається виключно в умовах одночасного впливу магнітного поля та електрохімічних перетворень і тільки на провідниках, тобто відсутній в діелектричних зразках або в експериментах з поверхнею зразка, ізольованою шаром діелектрику;
ефект спостерігається як для феромагнітних так і для «немагнітних» зразків;
характерний просторовий період квазіперіодичного розподілу електричного поля та густини струму в провідному циліндрі на порядок більше ніж діаметр циліндра, кількість просторових періодів збільшується зі збільшенням довжини циліндру, а також збільшується стрибкоподібно при збільшенні концентрації електроліту;
вихрова структура є квазістаціонарною в часі;
прикладення зовнішнього електричного поля перпендикулярно до поверхні циліндру «руйнує» вихрову структуру.
Вперше експериментально виявлено і досліджено такі закономірності утворення самоорганізованої квазіперіодичної мікромасштабної структури форми та поверхні феромагнітних циліндрів або пластин з просторово періодичним розподілом створених ними магнітостатичних полів при їх корозії в розчині азотної кислоти в постійному однорідному магнітному полі та у перпендикулярних електричному та магнітному полях:
квазіперіодична мікроструктура кородованого циліндра або пластини спостерігається тільки на феромагнітних зразках і характерний період квазіперіодичної структури дорівнює періоду розподілу магнітостатичних полів феромагнітного зразка в початковий момент корозії;
характерний період квазіперіодичної мікроструктури не залежить від тривалості корозії в слабкому розчині азотної кислоти, збільшується при збільшенні діаметра циліндра, зменшується при зростанні напруженості прикладених магнітного та електричного полів, останнє не «руйнує» квазіперіодичну структуру;
довжина виступу зменшується, а довжина впадини квазіперіодичної мікроструктури збільшується при збільшенні тривалості корозії, напруженості зовнішніх постійного електричного та магнітного полів;
різниця між діаметрами циліндра на виступі та на впадині збільшуються для катодної корозії і зменшуються для анодної корозії при збільшенні тривалості корозії, напруженості прикладеного постійного електричного та магнітного полів.
Вперше виявлено, що утворення самоорганізованої квазіперіодичної мікромасштабної структури твердотільного феромагнетику з просторовим періодом, який дорівнює періоду розподілу магнітостатичних полів при його корозії в постійному магнітному полі, є наслідком просторово періодичного розподілу магнітостатичних полів феромагнетику.
Одержано нові аналітичні точні 3D розв’язки рівнянь Ландау-Ліфшиця в циліндричному феромагнетику, які описують нескінченну кількість різних станів намагніченості всередині феромагнетику при одних і тих самих граничних умовах. Ці розв’язки, зокрема, можуть знайти застосування для опису квазіперіодичного мікроструктурування феромагнітних циліндрів під впливом одночасної дії магнітного поля і електрохімічних перетворень.
Виявлені експериментально нові процеси самоорганізації в твердому тілі можливо застосовувати для практичного використання для виготовлення феромагнітних матриць градієнтних магнітних фільтрів, а також для інтенсифікації процесу біосорбції іонів важких металів.
Публікації автора:
Горобец О.Ю. Періодичний розподіл електричних потенціалів та струмів в металевому циліндрі в умовах впливу магнітного поля та електрохімічних перетворень // Металлофизика и новейшие технологии.- 2007.- Т.29, №5.- С.611-622.
Gorobets O.Yu. Degeneration of magnetic states of the order parameter relative to the boundary conditions and discrete energy spectrum in ferromagnetic and antiferromagnetic nanotubes // Chaos, Solitons and Fractals.- 2006, .
Gorobets S.V., Gorobets O.Yu, Goyko I.Yu., Mazur S.P. Magnetohydrodynamic mixer of an electrolytes solution // Physica Status Solidi C.- 2004.- V.1, №12.- P.3455-3457.
Горобець О.Ю., Дереча Д.О. Квазипериодическое микроструктурирование поверхности железного цилиндра во время коррозии в скрещенных электрическом и магнитномполях // Металлофизика и новейшие технологии.- 2005.- Т.27, №9.- С.1179-1186.
Gorobets O.Yu., Derecha D.O. Quasi-periodic microstructuring of iron cylinder surface under its corrosion in the combined electric and magnetic fields // Materials Science.- 2007.- V.24, №4.- P.1017-1025.
Gorobets S.V., Gorobets O.Yu., Goyko I.Yu., Mazur S.P. Stirring of electrolytes in the vicinity of metallic matrix in a permanent magnetic field // Materials science.- 2006.- V.24, №4.- P.1133-1137.
Gorobets Yu.I., Gorobets O.Yu., Mazur S.P. Vortex structure of electrolyte in a steady magnetic field in the vicinity of a metallic cylinder // Magnetohydrodynamics.- 2004.- V.40, №1.- P.17-23.
Gorobets S.V., Gorobets O.Yu., Reshetnyak S.A. 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.- 2003.- V.39, №2.- P.211-214.
Gorobets S.V., Gorobets O.Yu., Reshetnyak S.A. Permanent magnetic field as an accelerator of chemical reaction and an initiator of rotational motion of electrolyte flows near thin steel wire // J. Magn. Magn. Mater.- 2004.- V.272-276 P3.- P.2408-2409.
Gorobets S.V., Donchenko M.I., Gorobets O.Yu., Goyko I.Yu. Effect of a magnetic field on the etching of steel in nitric acid solutions // Russian Journal of Physical Chemistry.- 2006.- V.80, №5.- P.791-794.
Bar’yakhtar V.G., Gorobets O.Yu., Gorobets Yu.I. Velocity distribution in electrolyte in the vicinity of a metal cylinder in a steady magnetic field // J. Magn. Magn. Mater.- 2004.- V.272-276P3.- P.2410-2412.
Gorobets S.V., Gorobets O.Yu., Bandurka N.P. Stationary flows of liquid in the vicinity of the small ferromagnetic particles in constant homogeneous magnetic field // The Physics of Metals and Metallography.- 2001.- V.92, Suppl. 1.- P.S197-198.
Gorobets S.V., Gorobets O.Yu. Unidirectional mass transfer effect in electrolytes in the vicinity of a chain of iron balls in a PMF // Magnetohydrodynamics.- 2002.- V.38, №4.- P.421-423.
Gorobets O.Yu., Gorobets V.Yu., Bandurka N.P. Formation of directional fluid flows in a vicinity of a high-gradient ferromagnetic beads in a permanent magnetic field // Journal of Molecular Liquids.- 2003.- V.105/2, №3.- P.265-268.
Gorobets S.V., Gorobets O.Yu. Stationary flows of liquid in the vicinity of the small ferromagnetic particles in permanent homogeneous magnetic field // Journal of Molecular Liquids.- 2003.- V.105/2, №3.- P.269-271.
Gorobets Yu.I., Gorobets O.Yu., Mazur S.P., Brukva A.N. Quasiperiodic structure of the surface of a steel cylinder upon its corrosion in solutions of nitric acid in a dc magnetic field // The Physics of Metals and Metallography.- 2005.- V.99, №2.- P.139-142.
Gorobets S.V., Gorobets O.Yu., Brukva O.M. Periodic microstructuring of iron cylinder surface in nitric acid in a magnetic field // Applied Surface Science.- 2005.- V.252/2.- P.448-454.
Gorobets S.V., Gorobets O.Yu., Mazur S.P., Slusar A.A. Influence of a steady magnetic field to a steel surface in the presence of an electrolyte // Physica Status Solidi C.- 2004.- V.1, №12.- P.3686-3688.
Горобець С.В., Горобець О.Ю., Дейна О.А., Гойко І.Ю. Самоорганізована квазіперіодична мікроструктура поверхні залізного циліндру при корозії в електролітах і магнітному полі // Металлофизика и новейшие технологии.- 2006.- Т.28, №4.- С.473-479.
Pashitskii E.A., Mal’nev V.N., Naryshkin R.A., Anchishkin D.V., Bar’yakhtar V.G., Gorobets Yu.I., Gorobets O.Yu. Non-stationary hydrodynamic vortices in open systems // Ukrainian Journal of Physics/Reviews.- 2005.- V.2, №1.- P.35-72.
Gorobets S.V., Gorobets O.Yu., Kasatkina Т.P., Ukrainetz А.I., Goyko I.Yu. Intensification of the process of sorption of copper ions by yeast of Saccharomyces cerevisiae 1968 by means of a permanent magnetic field // J. Magn. Magn. Mater.- 2004.- V.272-276P3.- P.2413-2414.
Горобец С.В., Горобец О.Ю., Гойко И.Ю., Касаткина Т.П. Интенсификация очистки сточных вод от ионов шестивалентного хрома в магнитном поле // Экология и промышленность России.- 2004.- Т.11.- С.17-18.
Gorobets S.V., Gorobets O.Yu., Goiko I.Yu., Kasatkina T.P. Intensification of Biosorption of Copper Ions from Solution by the Yeast Saccharomyces cerevisiae in Magnetic Field // Biophysics.- 2006.- V.51, №3.- P.452-456.
Горобець C.В., Горобець О.Ю., Гойко І.Ю. Визначення швидкості корозії по швидкості потоків електролітів навкруги металевих елементів в магнітному полі // Наукові вісті НТУУ «КПІ».- 2005, №2.- С.126-129.
Горобець С.В., Горобець О.Ю., Решетняк С.О. Рух потоків електроліту, індукований зовнішнім магнітним полем, поблизу поверхні тонкого залізного дроту // Наукові вісті НТУУ «КПІ».- 2003.- №2.- C.142-144.
Гулий І.С., Горобець C.В., Горобець О.Ю., Гойко І.Ю., Касаткина Т.П. Патент на винахід №58979.Кл.C02F1/28.- Спосіб очищення стічних вод від іонів міді / № 2002129606; Заяв.02.12.2002; опубл.15.08.05. Бюл. №8.
Горобець С.В., Горобець О.Ю., Гойко І.Ю., Дейна О.А. Дек. Патент на винахід № 4972.Кл.C23F11/04.- Спосіб проведення швидких корозійних випробувань заліза №20040604388;Заяв.07.06.2004; Опубл. 15.02.2005. Бюл. №2.
Gorobets S.V., Gorobets O.Yu., Reshetnyak S.A. Permanent magnetic field as an accelerator of chemical reaction and an initiator of rotational motion of electrolyte flows near thin steel wire // International Conference on Magnetism: ICM2003. Rome, Italy, 27 July – 1 August 2003.
Baryakhtar V.G., Gorobets Yu.I., Gorobets O.Yu. Velocity distribution in electrolyte in the vicinity of a metal cylinder in a steady magnetic field // International Conference on Magnetism: ICM2003. Rome, Italy, 27 July – 1 August 2003.-P.751.
Gorobets S.V., Gorobets O.Yu., Mazur S.P. The phenomenon of a steel cylinder surface microstructure under corrosion in nitric acid solution in a steady magnetic field // Physics of Liquid Matter. Modern Problems: 3rd International Conference. Kyiv, Ukraine, 2005.- Р.113.
Gorobets O.Yu., Derecha D.O. Quasiperiodic microstucturization of metallic cylinder surface at it's corrosion in the electrolyte solution under combined electrical and magnetic fields // Intermolecular and Magnetic Interactions in Matter: 8th International IMIM Conference. Naczw, Poland, 2005.
