УДК 541.67:546.171.8:537.226:537.634
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕДЛЕННОГО РАЗЛОЖЕНИЯ КРИСТАЛЛОВ АЗИДА СЕРЕБРА ПОД ДЕЙСТВИЕМ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
,
Кафедра химии твердого тела КемГУ
*****@***ru
Процессы, протекающие в твердых телах в электромагнитных полях, весьма широко используются в технике, поэтому их изучение представляет одну из важных научно-технических задач. Поскольку азиды тяжелых металлов относятся к классу неустойчивых высокочувствительных энергетических материалов, то становится актуальным исследование влияния различных флуктуаций электромагнитных полей на стабильность данных материалов.
Ранее был обнаружен и исследован эффект разложения азида серебра в однородном магнитном поле с индукцией до 0,6 Тл, механизм которого связывали с наличием магнитоэлектрического эффекта [1].
В настоящей работе продолжены исследования медленного разложения кристаллов азида серебра в магнитном поле (однородном напряженностью более 0,6 Тл и в неоднородном напряженностью до 0,01 Тл).
Азид серебра (AgN3) получали путем проведения обменной реакции при быстром смешивании 0,2 N раствора дважды перекристаллизованного азида натрия и нитрата серебра марки “ЧДА”. Выпавший осадок несколько раз промывали дистиллированной водой и отфильтровывали. Для очистки азида серебра от примесей полученный осадок растворяли в водном растворе аммиака, затем снова отфильтровывали. В результате медленного испарения аммиака образуются кристаллы, из которых отбирали нитевидные, имеющие совершенную огранку, со средними размерами 10 мм длиной и 0,1 мм шириной.
Для проведения экспериментальных исследований готовили образцы азида серебра в планарном варианте геометрии: на предварительно обезжиренную этиловым спиртом слюдяную подложку кристаллы наклеивали за оба или за один конец клеем БФ–6. Приготовление образцов в таком варианте позволяет наблюдать топографию распределения газообразных продуктов твердофазного разложения.
Приготовленный образец в специальной ячейке из оргстекла, в которой кристалл находился под слоем вазелинового масла, помещали между полюсами регулируемого электромагнита, оснащенного окуляром микроскопа, либо постоянных магнитов, расположенных на столике микроскопа. При этом фиксировали выделившиеся в масло пузырьков газа (продуктов разложения) и их диаметр и определяли скорость разложения, как суммарный объем газа за время действия поля.
Напряженность магнитного поля (для создания неоднородности) варьировали в заданном диапазоне путем перемещения образца относительно линий магнитной индукции. Через определённое время после воздействия образец отмывали от слоя вазелинового масла и помещали в кювету с водным раствором тиосульфата натрия. Процесс растворения наблюдали с помощью микроскопа в проходящем красном свете, при этом фиксировали диаметр и пространственные координаты пузырьков выделившегося газообразного продукта.
Для растворения нитевидных кристаллов и последующего подсчёта выделившегося газа (отношение объема выделившегося газа V к площади грани S, из которой выделяется газ) использовалась стандартная кювета для измерения оптических констант жидкостей с расстоянием между стенками до 10-3 м.
Экспериментально установлено, что скорость разложения азида серебра в магнитных полях более 0,6 Тл также не зависит от величины индукции магнитного поля (В), как и в слабых магнитных полях. Газовыделение носит кратковременный характер (»1,5 минуты) начинается быстрее с увеличением величины индукции магнитного поля.
Также получены зависимости скорости внешнего газовыделения в кристаллах азида серебра от времени воздействия неоднородного магнитного поля. Установлена особенность разложения при действии магнитного поля с неоднородностью » 20%, состоящая в следующем – скорость газовыделения на порядок выше, чем в однородном магнитном поле, время, при котором фиксируется начало газовыделения значительно меньше, при этом индукция инициирующего магнитного поля на порядок, а то и на два меньше, чем ранее используемого однородного поля.
Следует отметить различие в топографии продуктов разложения при действии неоднородного магнитного поля - газ выделяется со всех граней кристалла, в то время как в однородном магнитном поле газовыделение происходит с грани, по нормали к которой направлено поле.
После прекращения воздействия однородного и неоднородного магнитных полей в течение определенного времени наблюдаются пост-процессы разложения, фиксируемые методом Хилла (Рис. 1).
Рис. 1. Зависимость относительного количества выделившегося газа от времени хранения кристаллов азида серебра после воздействия магнитного поля
(Вср=0,1 Тл) со степенью неоднородности: 1 –не более 1,5%; 2 –16%; 3 - 20%
Экспериментально показано, что в неоднородном магнитном поле (МП) пост-процессы более длительные (до 40 минут), чем в однородном МП (до 6 минут). Следовательно, и общий объем газообразных продуктов разложения выделяется большей степени в неоднородном МП.
Обсудим эффективность действия неоднородного магнитного поля. В инициировании реакции разложения магнитным полем в азиде серебра участвуют собственные положительные носители заряда – дырки, которые из объема образца попадают в приповерхностную область - реакционную область в результате действия внутреннего электрического поля (магнитоэлектрический эффект), где и происходит реакция разложения. Скорость заряженной частицы (дырки) в неоднородном магнитном поле будет складываться из трех слагаемых. В этом случае дырки, являющиеся будущими реагентами химической реакции, попадают в реакционные области сразу на трех гранях кристалла. Полученная топография газообразных продуктов разложения не противоречит выше сказанным рассуждениям.
Литература
1. Кузьмина, -химические процессы, инициированные действием постоянного магнитного поля в кристаллах азида серебра / , , // Материаловедение. – 2002.– № 12.– С. 30–32.
Научный руководитель – к. ф.-м. н., доцент
