СПОСОБ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ДВУХЖИДКОСТНОЙ СТРУКТУРЫ КВАНТОВЫХ ЖИДКОСТЕЙ В ОКСИДНЫХ РАСПЛАВАХ Российский патент 2015 года по МПК G01N33/00 C01G1/02 C01B35/10 

Описание патента на изобретение RU2570885C2

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.

Похожие патенты RU2570885C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОДНОКОМПОНЕНТНОЙ СВЕРХТЕКУЧЕЙ КВАНТОВОЙ ЖИДКОСТИ НА ОСНОВЕ РАСПЛАВА НЕОРГАНИЧЕСКОГО ПОЛИМЕРА 2013
  • Борисов Анатолий Федосеевич
  • Забелин Виктор Алексеевич
RU2556928C2
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И ИССЛЕДОВАНИЯ КОГЕРЕНТНЫХ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТНОГО НАНОМЕТРОВОГО СЛОЯ СВЕРХТЕКУЧЕЙ ЧАСТИ РАСПЛАВА БОРНОГО АНГИДРИДА 2014
  • Борисов Анатолий Федосеевич
RU2587711C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КВАНТОВЫХ ЖИДКОСТЕЙ-СВЕРХТЕКУЧИХ ОКСИДНЫХ РАСПЛАВОВ 2013
  • Борисов Анатолий Федосеевич
  • Копосов Евгений Васильевич
  • Буньков Михаил Михайлович
  • Забелин Виктор Алексеевич
  • Кислицина Ирина Анатольевна
RU2524396C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДНЫХ РАСПЛАВОВ, ОБЛАДАЮЩИХ ПРИЗНАКАМИ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ ЖИДКОСТЕЙ 2011
  • Борисов Анатолий Федосеевич
  • Кислицына Ирина Анатольевна
RU2470864C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДНЫХ СТЕКЛООБРАЗУЮЩИХ РАСПЛАВОВ, ОБЛАДАЮЩИХ СПОСОБНОСТЬЮ К ФОРМИРОВАНИЮ КВАНТОВЫХ ВОРОНОК 2013
  • Борисов Анатолий Федосеевич
  • Снегова Екатерина Ильинична
  • Забелин Виктор Алексеевич
RU2540956C1
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ РАСТВОР-РАСПЛАВА ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ β-BABO 2001
  • Кононова Н.Г.
  • Кох А.Е.
RU2195520C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРИСТАЛЛА НА ОСНОВЕ БОРАТА И ГЕНЕРАТОР ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 2004
  • Сасаки Такатомо
  • Мори Юсуке
  • Масаши
  • Нишиока Мунеюки
  • Фукумото Сатору
  • Мацуи Томоё
  • Садзи Такаши
RU2338817C2
Способ определения скорости растворения оксида в оксидно-галогенидном расплаве 2020
  • Суздальцев Андрей Викторович
  • Николаев Андрей Юрьевич
  • Зайков Юрий Павлович
RU2750290C1
СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ БОРАТА ГАЛЛИЯ GaBO 1991
  • Петраковский Г.А.
  • Руденко В.В.
  • Степанов Г.Н.
RU2019584C1
Способ получения смесей высокодисперсных гетерофазных порошков на основе карбида бора 2018
  • Коцарь Татьяна Викторовна
  • Данилович Дмитрий Петрович
  • Зайцев Геннадий Петрович
  • Орданьян Сукяс Семенович
RU2683107C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 570 885 C2

Реферат патента 2015 года СПОСОБ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ДВУХЖИДКОСТНОЙ СТРУКТУРЫ КВАНТОВЫХ ЖИДКОСТЕЙ В ОКСИДНЫХ РАСПЛАВАХ

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.

Формула изобретения RU 2 570 885 C2

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.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2015 года RU2570885C2

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДНЫХ РАСПЛАВОВ, ОБЛАДАЮЩИХ ПРИЗНАКАМИ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ ЖИДКОСТЕЙ 2011
  • Борисов Анатолий Федосеевич
  • Кислицына Ирина Анатольевна
RU2470864C2
БОРИСОВ А.Ф., Сверхтекучесть оксидных расплавов, Приволжский научный журнал, 2013, N 3, с
Приспособление в пере для письма с целью увеличения на нем запаса чернил и уменьшения скорости их высыхания 1917
  • Латышев И.И.
SU96A1
КРЕСИН В.З., Сверхпроводимость и сверхтекучесть, Москва, Просвещение,1968, с.69-96
Приспособление для соединения проволок, проволочных канатов, труб и т.п. 1925
  • Акц. О-Во Металлбанк И Металлургическое О-Во
SU15597A1

RU 2 570 885 C2

Авторы

Борисов Анатолий Федосеевич

Забелин Виктор Алексеевич

Даты

2015-12-10Публикация

2014-04-23Подача