Автор: Алёшина Мария Викторовна, Борисов Анатолий Федосеевич

Normal
0

false
false
false

RU
X-NONE
X-NONE

/* Style Definitions */
table.MsoNormalTable
{mso-style-name:»Обычная таблица»;
mso-tstyle-rowband-size:0;
mso-tstyle-colband-size:0;
mso-style-noshow:yes;
mso-style-priority:99;
mso-style-qformat:yes;
mso-style-parent:»»;
mso-padding-alt:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt;
mso-para-margin:0cm;
mso-para-margin-bottom:.0001pt;
mso-pagination:widow-orphan;
font-size:11.0pt;
font-family:»Calibri»,»sans-serif»;
mso-ascii-font-family:Calibri;
mso-ascii-theme-font:minor-latin;
mso-fareast-font-family:»Times New Roman»;
mso-fareast-theme-font:minor-fareast;
mso-hansi-font-family:Calibri;
mso-hansi-theme-font:minor-latin;
mso-bidi-font-family:»Times New Roman»;
mso-bidi-theme-font:minor-bidi;}

Аннотация

Предлагается способ получения сверхтекучей жидкости путем расплавления оксида германия (GeO₂), а также с добавкой щелочного компонента (Na₂O)  при температуре 1250°С.

Приведены экспериментальные данные, подтверждающие наличие признаков квантовых свойств и сверхтекучести таких расплавов. Показано, что расплавы обладают признаками таких свойств, как:

— нулевая энтропия;

— образование специфической формы водоворотов, образующихся при охлаждении расплава, характерных для квантовых жидкостей, без какого-либо механического воздействия.

Ключевые слова: сверхтекучесть, квантовые жидкости, квантовые свойства, германатные оксидные расплавы, образование воронок, нулевая энтропия.

Изобретение относится к получению сверхтекучего материала, находящегося в жидком состоянии, который может быть использован в качестве модельной жидкости, обладающей квантовыми свойствами.

Изобретение однокомпонентных и более сложных оксидных материалов и квантовых жидкостей расширяет область их использования в фундаментальных исследованиях, связанных с разработкой теоретических основ и решения технологических вопросов высокотемпературных квантовых материалов.

Изобретение относится также к получению простых по химическому составу квантовых жидкостей, полученных на основе неорганических стеклообразующих полимеров без введения каких-либо допирующих добавок.

В качестве прототипа рассматриваются борно-щелочные и чисто борные расплавы [1,2],  обладающие квантовыми свойствами.

Главным отличием предлагаемого состава ( GeO₂) от расплавов борно-щелочной группы является новый комплекс физико-химических свойств. В частности, германатные оксидные материалы обладают более высокой химической стойкостью и другими электрохимическими и ядерными свойствами. Расплавы обладают повышенной вязкостью, а изделия на их основе имеют другие технологические параметры формования по сравнению с борными оксидными расплавами.

До настоящего времени разработано ограниченное количество сверхтекучих жидкостей, обладающих квантовыми свойствами, которые являются редкими экзотическими материалами. Известные достижения в этой области связаны главным образом с жидким гелием и с глубоким охлаждением и конденсацией паровой фазы некоторых других материалов [3].

Сверхнизкие температуры,  одноатомный состав жидкого гелия затрудняет использование его и других жидкостей в качестве модельных.

Отсутствие других типов квантовых жидкостей затрудняет изучение одного из важнейших вопросов – сверхтекучести материалов. В связи с этим разработка составов квантовых модельных жидкостей является актуальной проблемой для развития фундаментальных теоретических основ квантовой физики и имеет большое прикладное значение для разработки высокотемпературных сверхтекучих материалов.

В данной статье рассматриваются впервые идентифицированные признаки сверхтекучих квантовых свойств германатных расплавов_.

Для установления сверхтекучести в работе было показано, что расплав GeO₂  и натриево-германатные расплавы обладают следующими свойствами:

Германатные расплавы в определенных концентрационных границах имеют нулевые значения энтропии (рис. 1 точки а, в).

 Анализируя экспериментальные данные, следует в первую очередь обратить внимание на рисунок и особенности строения диаграмм «коэффициент термо — ЭДС, — состав» в системах К₂О – В₂О₃, Cs₂O – B₂O₃  и  Na₂O – GeO₂, имеющих между собой большое сходство и вместе с этим существенно отличающихся по характеру строения и диапазону изменения  ЭДС, в зависимости от температуры систем с постоянными значениями координационных чисел катионов ( систем R₂O – SiO₂). В работе [2] было показано, что отмеченные аномалии объясняются координационными переходами В₃-В₄ или Ge₄—Ge₆  (рис.2).

Normal
0

false
false
false

RU
X-NONE
X-NONE

/* Style Definitions */
table.MsoNormalTable
{mso-style-name:»Обычная таблица»;
mso-tstyle-rowband-size:0;
mso-tstyle-colband-size:0;
mso-style-noshow:yes;
mso-style-priority:99;
mso-style-qformat:yes;
mso-style-parent:»»;
mso-padding-alt:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt;
mso-para-margin:0cm;
mso-para-margin-bottom:.0001pt;
mso-pagination:widow-orphan;
font-size:11.0pt;
font-family:»Calibri»,»sans-serif»;
mso-bidi-font-family:»Times New Roman»;}

Из дальнейшего сопоставления диаграмм « термо –ЭДС — состав» для систем Na₂O – GeO₂  и R₂O – В₂О₃ следует, что в малощелочных расплавах существуют полиэдры с пониженной координацией. Этому отвечает представление четырех координированного германия или трех координированного бора в малощелочных расплавах.

Наибольший интерес для перехода расплава в сверхтекучее состояние представляют составы с минимальными значениями щелочного компонента (Na₂O).

Как показывают экспериментальные данные область образования сверхтекучих расплавов примыкает к чистому компоненту , что очень небольшая экстраполяция коэффициента термо – ЭДС на нулевое содержание щелочного компонента (чистый GeO₂  ) дает однозначно нулевые значения α_Т, а вместе с этим и нулевые значения энтропии GeO₂  .

Одним из свойств, сверхтекучих жидкостей, активно изучаемых физиками в последнее время [4] являются водовороты, получаемые при охлаждении жидкости до температур близких к абсолютному нулю. Физики смогли рассчитать различные динамические эффекты, используя суперсовременный компьютер. Динамика образования воронок изучалась в зависимости от скорости  механического принудительного вращения жидкости. Установлено, что сверхтекучесть сохраняется даже в тех случаях, когда перемешивание осуществляется со сверхзвуковыми скоростями. В зависимости от скорости вращения образуется или много организованных в концентрических окружностях воронок (при малой скорости вращения) или образуется одна воронка в центре, если перемешивать жидкость достаточно быстро.

Приведенные выше экспериментальные данные, свидетельствующие о сверхтекучести расплава борного ангидрида дали основание предполагать, что и другие свойства, характерные для квантовых жидкостей должны найти подтверждение. В связи с этим были изучены гидродинамические условия образования воронок в расплаве GeO₂   при его охлаждении от температуры 1200°С до комнатной температуры. Как показали экспериментальные данные, при охлаждении расплава GeO₂  происходит образование необычной конусообразной центральной воронки при полном отсутствии механических воздействий на расплав, что подтверждает наличие признаков сверхтекучих и квантовых свойств у расплава GeO₂ . Образование воронок в расплаве связано с существованием вихрей и перемещением сверхтекучей части квантовой жидкости, которая в определенный момент , по-видимому, вовлекает в движение обычную часть расплава.

Сегодня можно утверждать, что водовороты, наблюдавшиеся физиками в квантовых жидкостях при сверхнизких температурах и в наших опытах в расплаве GeO₂   представляют собой одно и то же явление и являются дополнительным важным подтверждением проявления признаков квантовых сверхтекучих свойств расплава оксида германия.

•  Рассматривая далее диаграммы « коэффициента термо – ЭДС – состав» в системах Na₂O – GeO₂ и Na₂O – B₂O₃ можно отметить их достаточно полную аналогию, особенно в области малощелочных участков.
• Получение новых квантовых материалов позволит расширить их использование в устройствах, где квантовые являются обязательными свойствами, например, в нанометровой электронике, лазерных устройствах. Рассматриваемые материалы являются модельным объектом. Необходимо отметить, что для проведения дальнейших исследований и подтверждения идентификации сверхтекучести и квантовых свойств системы Na₂O – GeO₂   требуются высокотемпературные тепловые агрегаты ( рабочая температура 1400-1500 °С, а также платиновые материалы).

•  Германатные расплавы обладают стеклообразующими свойствами и легко поддаются различным методам формования, в том числе методами вытягивания стекловолокон и выдувания различных изделий с нанометровой толщиной стенки.

• Топологические свойства позволяют получать без особых затруднений материал с одномерной и двухмерной структурой.

Литература

1.            Способ получения оксидных расплавов, обладающих признаками сверхпроводящих жидкостей, Борисов А.Ф., Кислицина И.А, заявка 2011108168/05, 02.03.2011, опубликовано 27.12.2012, Бюл. № 36.

2.            Борисов А.Ф., Забелин В.А., Кислицына И.А. Термоэлектрические исследования координационных состояний бора в расплавах системы Li₂O—B₂O₃// Приволжский научный журнал – 2012 — №4 – с. 163-168.

3.            Википедия: Сверхтекучесть – Режим доступа:  http://ru.wikipedia.org/wiki/%D1%E2%E5%F0%F2%E^%F1%F2%FC

4.            Тайны мира – Режим доступа : http://www.tainamira.net/novosti/raznoe/ fiziki—obj asnili—vodovoroty—v—sverchtekuchei—zhidk…