Site Loader

Содержание

Магнитные свойства ультратонких магнитных материалов

Для этого ученые использовали широкоугольный микроскоп на основе алмаза


Ученые впервые исследовали магнитные свойства двумерных материалов. Для этого они использовали новый наномикроскоп на основе алмаза. Результаты их работы опубликовал научный журнал Advanced Materials, кратко об этом пишет пресс-служба Сколковского института науки и технологий.

«Представьте себе, что вы вешаете на дверцу холодильника не обычный сувенирный магнитик, а тонкую пластину из двумерного материала. До настоящего времени не существовало способа, чтобы определить, насколько сильно двумерный материал «приклеивается» к поверхности, а ведь именно это является самым важным свойством магнитного материала», – рассказал один из авторов исследования, научный сотрудник Мельбурнского университета Жан-Филипп Тетьен.

В Сколтехе пояснили, что, в отличие от созданных ранее, новый метод позволяет работать с двумерными материалами толщиной около нескольких атомов, такими как, например, графен. В новом исследовании ученые использовали свою разработку – широкоугольный микроскоп на основе алмаза. 

Профессор Сколтеха Артем Оганов. Фото: Sk.ru

Ученые зарегистрировали магнитное поле двумерных материалов за счет чрезвычайно малого расстояния между материалом и крошечными магнитными датчиками, которые по сути представляют собой атомные дефекты в алмазе. Свой метод ученые проверили на трииодиде ванадия (VI3), так как крупные трехмерные фрагменты из этого материала являются сильными магнитами.

«Еще несколько лет назад ученые мало верили в существование двумерных магнитов. Открытие двумерного ферромагнетика VI3свидетельствует о том, что уже появился целый класс новых интересных материалов, а это значит, что в скором времени появятся и новые технологии для исследования свойств и возможностей применения этих материалов на практике», – отметил еще один автор работы, профессор Сколтеха Артем Оганов.

В дальнейшем ученые планирует использовать свой микроскоп для исследования других двумерных магнитов, а также более сложных структур, включая материалы, которые, как ожидается, будут играть ключевую роль в создании энергоэффективной электроники будущего. 

   

Источник: nauka.tass.ru

Магнитное поле, его свойства

Сегодня на уроке мы с вами поговорим о магнитном поле и его свойствах

 «Исследования Ампера… принадлежат к

 числу самых блестящих работ,

которые проведены когда-либо в науке»

Джеймс Клерк Максвелл

Магнитные явления известны людям с глубокой древности. Еще древние греки знали, что существует особый минерал, способный притягивать железные предметы. Это был один из минералов железной руды, который сейчас известен как магнетит. Его залежи находились возле города Магнесии на севере Турции. Слово «магнит» в переводе с греческого означает «камень из Магнесии».

Впервые свойства магнитных материалов использовали в Китае. Именно там в

III веке до нашей эры был сконструирован первый компас, и только к XII веку он стал известен в Европе. Первой крупной работой, посвящённой исследованию магнитных явлений, является книга Вильяма Гильберта «О магните», вышедшая в 1600 году.

Известные с древних времен явления притяжения разноименных и отталкивания одноименных полюсов магнита напоминают явление взаимодействия разноименных и одноименных электрических зарядов.

Известно, что между неподвижными электрическими зарядами действуют силы, определяемые законом Кулона. Согласно теории близкодействия это взаимодействие осуществляется так:

каждый из зарядов создает электрическое поле, которое действует на другой заряд.

Однако долгое время оставался неразрешимым вопрос о том, могут ли между электрическими зарядами существовать силы иной природы? Рассмотрим опыт, проведенный французским физиком Андре-Мари Ампером в 1820 году.

Ампер взял два гибких провода и укрепил их вертикально, а затем присоединил нижние концы проводов к полюсам источника тока. При таком подключении с проводниками не обнаруживалось никаких изменений. Проводники заряжались от источника тока, но заряды проводников при разности потенциалов между ними в несколько вольт ничтожно малы. Поэтому кулоновские силы никак не проявляются.

Затем Ампер замкнул другие концы проводников небольшой проволочкой так, чтобы в проводниках возникли токи противоположного направления. Оказалось, что при таком подключении проводники начинают отталкиваться друг от друга. Если же поменять направление токов так, чтобы они текли в одном направлении, то проводники начинали притягиваться друг к другу.

Это взаимодействие не может быть вызвано электростатическим полем по следующим причинам. Во-первых, при размыкании цепи взаимодействие проводников прекращается, хотя заряды на проводниках и их электростатические поля остаются. Во-вторых,

одноименные заряды (электроны в проводнике) всегда только отталкиваются.

В том же 1820 году Ханс Кристиан Эрстед провел серии опытов. Он располагал проводник над магнитной стрелкой (или под ней) параллельно ее оси. При пропускании тока по проводнику, стрелка начинала отклоняться от своего первоначального положения. При размыкании цепи — стрелка возвращалась в своё первоначальное положение.

  

Этот опыт наглядно показывает, что в пространстве, окружающем проводник с током, действуют силы, вызывающие поворот магнитной стрелки, то есть силы, подобные тем, которые действуют на нее вблизи постоянных магнитов.

Поэтому взаимодействия между проводниками с током, т.е. взаимодействия между направленно движущимися электрическими зарядами, называют

магнитными.

Силы же, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными силами.

Действие магнитных сил было обнаружено в пространстве и вокруг отдельно движущихся заряженных частиц. Русский и советский физик Абрам Фёдорович Иоффе в 1911 году наблюдал отклонение магнитных стрелок, расположенных вблизи пучка движущихся электронов.

    

Схема его опыта довольно проста. Над и под трубкой, через которую пропускался поток электронов, находились две одинаковые, но противоположно направленные магнитные стрелки, укрепленные на общем кольце, подвешенном на упругой нити. При прохождении в трубке потока электронов магнитные стрелки поворачивались.

Таким образом, многочисленные опыты привели ученых к выводу, что вокруг любого проводника с током, т.е. вокруг движущихся электрических зарядов, существует магнитное поле.

Магнитное полеэто особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.

Магнитное поле можно обнаружить и исследовать с помощью железных опилок, магнитной стрелки, а также небольшого контура или рамки с током, причем собственное магнитное поле контура должно быть слабым по сравнению с исследуемым.

Проводники, подводящие ток к контуру, должны быть расположены вблизи друг друга или сплетены между собой, тогда их магнитные поля взаимно компенсируются. Ориентация такого контура характеризуется направлением нормали к контуру. В качестве положительного направления нормали принимается направление, которое связано с током правилом правого винта (или правилом буравчика): если головку винта поворачивать по направлению тока в контуре, то поступательное движение острия винта указывает направление положительной нормали.

Опыт показывает, что если подвесить такой контур на гибких проводниках в магнитном поле, то он повернется и установится определенным образом. Таким образом, магнитное поле оказывает на контур с током ориентирующее действие. При этом положительная нормаль будет направлена к плоскости контура вдоль продольной оси магнитной стрелки, помещенной в ту же точку магнитного поля. Поэтому за направление магнитного поля принимают направление от южного полюса к северному по оси свободно установившейся в магнитном поле стрелки.

Основные выводы:

Вокруг движущихся электрических зарядов, существует магнитное поле.

Магнитное поле

— это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.

Магнитное поле порождается электрическим током и обнаруживается по действию на электрический ток.

Исследователи создали сплав редких металлов, меняющий форму в магнитном поле

Ученые из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого совместно с коллегами создали многофункциональные металлические сплавы, которые под воздействием магнитного поля демонстрируют одновременно два эффекта: выделение и поглощение тепла, а также изменение размеров и объема материала. Это происходит за счет перестроек внутри структуры вещества. Такие сплавы могут найти применение в медицине и промышленности. С результатами исследования можно ознакомиться в журнале Key Engineering Materials. Проект поддержан Российским фондом фундаментальных исследований и выполнен в рамках государственных заданий Федерального агентства научных организаций и Министерства образования и науки Российской Федерации.

Магнитострикция – это явление, заключающееся в том, что при намагничивании тела его объем и линейные размеры изменяются. Изменение формы зависит как от свойств действующего магнитного поля, так и от структуры вещества. Наибольшие изменения размеров обычно происходят у сильномагнитных материалов, таких как сплавы оксидов никеля, железа и кобальта. Однако магнитные свойства более редких металлов мало изучены и представляют сегодня большой интерес.

Ученые из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого рассчитали, что сочетание таких металлов, как тербий, диспрозий, гадолиний и кобальт в соотношении 0,2:0,8-x:x:2, а также добавление к ним алюминия до соотношения 0,2:0,8-x:x:0,9:0,1, где x – переменное значение, позволяет добиться поглощения и выделения тепла, а также изменения размеров и формы в широком диапазоне температур, включая близкие к температуре человеческого тела. Сами сплавы изготавливали на базе Лейбниц Университета Ганновера.

Полученный материал может использоваться при создании магнитострикционных преобразователей. Они находят свое применение в качестве датчиков, фильтров и резонаторов, преобразующих магнитное поле в механические колебания и обратно. Это необходимо, например, в устройствах для контроля целостности материала. С их помощью можно обнаруживать пузырьки воздуха внутри конструкции, которые могут привести к трещинам и разрушению. Кроме того, преобразователи могут лечь в основу более чувствительных датчиков колебаний для регистрации подземных толчков, а также источников и приемников звука для подводных исследований.

Специалисты из Института металлургии и материаловедения РАН исследовали воздействие на сплав магнитного поля. Поверхность вещества буквально ощупывали тончайшей иголкой, похожей на звукосниматель в виниловом проигрывателе и способной так же фиксировать каждую выемку и бугорок. Различие состоит в том, что полученные данные преобразуются не в музыку, а в изображение. Ученые показали, что поверхность сплава полосатая и воздействие на материал магнитного поля влияет на расположение этих полос. Таким образом, можно увидеть перестройки структуры металла, отвечающие за магнитострикционный эффект.

«Преобразователи на основе наших сплавов будут прочнее и долговечнее существующих аналогов и смогут работать в широком диапазоне магнитных полей. Кроме того, весьма перспективен вариант применения сплавов в медицине. Изделия из них смогут менять форму под воздействием безопасного для человека магнитного поля. Например, внутренние каркасы для артерий, путешествующие по кровяному руслу в сложенном виде и распрямляющиеся в нужном месте. Это возможно благодаря тому, что наши материалы имеют область рабочих температур, близких к температуре человеческого тела», – отмечает Алексей Филимонов, заведующий кафедрой физической электроники Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого.

ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СИСТЕМ ГИДРОКСИПРОПИЛЦЕЛЛЮЛОЗА–ЭТАНОЛ И ГИДРОКСИПРОПИЛЦЕЛЛЮЛОЗА–ДИМЕТИЛСУЛЬФОКСИД

230

ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. Серия А том 58 № 3 2016

ВШИВКОВ, СОЛИМАН

стиц для других систем с ЖК-переходами [5]. В

анизотропной области (с ω2 > 0.42) вязкость

уменьшается вследствие более легкой ориента-

ции макромолекул и супрамолекулярных частиц

при течении. Необходимо отметить, что относи-

тельная вязкость растворов ГПЦ в этаноле на-

много больше, чем в ДМСО, что может быть свя-

зано с разными размерами супрамолекулярных

частиц.

Обращает на себя внимание тот факт, что вяз-

кость растворов ГПЦ в ДМСО при ориентации

силовых линий магнитного поля параллельно оси

вращения ротора больше, чем при перпендику-

лярной ориентации. Однако для системы ГПЦ–

этанол наблюдается обратная зависимость. При-

чиной разной зависимости относительной вязко-

сти от направления силовых линий, может быть

различие как в размерах рассеивающих свет ча-

стиц, так и в разной их анизодиаметрии. Размеры

частиц в этанольных растворах ГПЦ значительно

больше, чем в ДМСО и, скорее всего, они облада-

ют и больше асимметрией. Следовательно, изме-

нение их ориентации в магнитном поле приводит

к существенному изменению вязкости.

Релаксационный характер реологического

поведения растворов гидроксипропилцеллюлозы

При исследовании вязкости разбавленных и

умеренно концентрированных растворов ГПЦ в

этаноле и ДМСО в магнитном поле и в его отсут-

ствие было обнаружено, что кривые нагрузки и

разгрузки совпадают, т.е. петля гистерезиса не

наблюдается. Это свидетельствует о том, что

структура данных растворов успевает восстано-

виться после деформации.

Результаты исследования реологических

свойств концентрированных изотропных раство-

ров ГПЦ в этаноле при нагрузке и разгрузке при-

ведены на рис. 8. Такие же зависимости характер-

ны и для более концентрированных изотропных

и анизотропных растворов ГПЦ в ДМСО.

Из полученных результатов следует, что кри-

вые нагрузки и разгрузки не совпадают, и наблю-

дается петля гистерезиса. Данный факт свиде-

тельствует о том, что в концентрированных рас-

творах ГПЦ структура растворов не успевает

восстанавливаться после деформирования. Дей-

ствительно, при увеличении концентрации рас-

твора растет и вязкость, которая связана с време-

нем релаксации τ соотношением [31]: η = Eτ, где

Е – модуль деформации. Для растворов с концен-

трацией до ω2 < 0.25 (система ГПЦ – этанол) и до

ω2 < 0.30 (система ГПЦ – ДМСО) вязкость и вре-

мена релаксации меньше, чем для более концен-

трированных систем, структура растворов успе-

вает перестраиваться при заданном режиме изме-

нения направления и величины скорости сдвига,

и петля гистерезиса не наблюдается. Однако для

более концентрированных растворов η и τ доста-

точно велики, поэтому структура систем не успе-

вает восстанавливаться, и кривые нагрузки и раз-

грузки не совпадают. В этом случае наблюдается

петля гистерезиса, площадь которой характеризу-

ет часть механической энергии ΔЕ, необратимо

переходящей в тепловую, т.е. механические поте-

ри в единице объема образца за один цикл нагруз-

ка–разгрузка.

На рис. 9 представлены концентрационные за-

висимости механических потерь для обеих си-

стем. Видно, что эти зависимости описываются

кривыми с максимумом. Аналогичные данные

обнаружены для систем и в магнитном поле.

Максимальные механические потери имеют ме-

сто вблизи области перехода изотропных раство-

ров в анизотропные. Такая же зависимость харак-

терна и для концентрационной зависимости вяз-

кости растворов ГПЦ (рис. 5). Действительно, с

Рис. 8. Зависимость вязкости от скорости сдвига раствора ГПЦ в этаноле. ω2 = 0.41 при увеличении (1) и уменьше-

нии (2) скорости сдвига. Н = 0 (а), H┴ = 3.7 кЭ (б).

2000

4000

η, Па с

3000

1000

5

(a)

100

1

2

15

γ, c−1

2000

4000

η, Па с

3000

1000

5

(б)

100

1

2

15

γ, c−1

границ | Влияние магнитного поля на каталитические свойства частиц типа ядро-оболочка

Графический реферат . Путем модификации вращающегося дискового электрода постоянные магниты можно было расположить очень близко к поверхности электрода.

Введение

Наша цель — изучить, как можно изменить каталитическое поведение конкретного электрохимического процесса и, следовательно, лучше понять его. Здесь мы рассматриваем магнитные поля как средство воздействия на электрохимические процессы.Субатомные частицы, такие как электроны, имеют массу, спин и заряд. Справедливо предположить, что по крайней мере одно из этих свойств — спин — может быть нарушено наличием магнитного поля. Спин внутренне присущ и порождает магнитный момент, которым можно манипулировать.

Штайнер и др. были первыми, кто составил обзор с высоты птичьего полета по магнитному влиянию на химические реакции, включая такие примеры, как тушение магнитной флуоресценции, фотоприсоединение SO 2 к пентану, термическое разложение органических пероксидов, реакции алкилов щелочных металлов с алкилгалогенидами. и т.п.(Штайнер и Ульрих, 1989). Кроме того, в обзоре упоминаются различные отчеты о влиянии магнитного поля на фотофизические явления в (органических) молекулярных кристаллах, такие как люминесценция и фотопроводимость. Даже примеры простых экспериментов, проводимых между двумя лабораторными магнитами, в которых измерялась скорость реакции между органическими радикалами, показали заметное увеличение скорости реакции (Turro and Kraeutler, 1980). Как описано Steiner et al. большинство эффектов магнитного поля в химических процессах имеют место в жидких растворах, в основном за счет парного радикального механизма (Okazaki, Shiga, 1986; Steiner, Ulrich, 1989).С другой стороны, в реакциях в газовой фазе повторная встреча близнецов радикалов маловероятна, а в реакциях в твердой фазе пары радикалов не разделяются легко. Шовковы и др. представили обзор теоретического подхода к влиянию магнитного поля на химические реакции (Шовковый, 2013). Торун и др. описывают, как наличие локального магнитного момента на поверхности катализатора RuO 2 сохраняет угловой момент и позволяет производить магнитный кислород из немагнитной воды (Torun et al., 2013).

Отчеты о реакциях переноса электрона более скудны. Один из первых примеров был представлен Periasamy et al. изучение реакции переноса электрона между диазабициклооктаном (DABCO) и триплетом флуоренона в пропиленкарбонате (Periasamy and Lindschitz, 1979). Об эффектах магнитного поля в электрокатализе сообщений еще меньше. Насколько нам известно, Ледди и его коллеги были первой группой, работавшей над магнитно-модифицированными электродами с целью улучшения кинетики переноса электронов.Они изучили влияние магнитного поля на реакцию выделения водорода (HER) на некаталитических поверхностях. Кроме того, они изучали окисление СО 2 на магнитомодифицированном платиновом электроде. Электроды были изготовлены с магнитными микрочастицами, прикрепленными к поверхности электрода, чтобы он мог поддерживать постоянное магнитное поле. Их исследования показывают, что окисление монооксида углерода на таких модифицированных поверхностях платиновых электродов значительно изменяется по сравнению с электродами без магнитных микрочастиц благодаря спиновой поляризации (Dunwoody et al., 2005). Окисление монооксида углерода происходило при более низком перенапряжении на 600 мВ. Утверждается, что увеличение скорости переноса электрона происходит из-за подавления энтропии спина электрона и, следовательно, из-за снижения барьера активации.

Йонссон и др. изучал влияние магнитных состояний на реакционную способность поверхности железа с использованием расчетов теории функционала плотности (DFT). Их результаты показывают, что на перенос заряда между поверхностью катализатора и адсорбатом сильно влияет спиновая структура.В их исследовании H 2 и адсорбция и диссоциация CO модифицировались изменениями спиновой структуры (Melander et al., 2014).

Недавно Galán-Mascarós et al. показали, что сильномагнитные электрокатализаторы, такие как смешанные оксиды на основе Ni-Fe-Zn, проявляют более высокую активность в реакции выделения кислорода (OER) при приложении магнитного поля к аноду (Garcés-Pineda et al., 2019). Также исследование Peng et al. влияние магнитного поля на электрокатализатор из оксида кобальта подтверждает, что OER можно улучшить, поместив электролизную ячейку между постоянными магнитами с умеренным полем (Li et al., 2019). Кроме того, они добавляют влияние направленности магнитного поля на перенапряжение и наклон Тафеля. Тот же материал был дополнительно исследован Wei et al. для возможного улучшения каталитической активности по отношению к реакции восстановления кислорода (ORR) (Zeng et al., 2018). Небольшое улучшение селективности в отношении 4-электронного пути достигается за счет приложения внешнего магнитного поля. Эти недавние исследования показывают влияние спиновой поляризации магнитным полем на каталитические свойства оксидов переходных металлов.

В этой статье мы представляем наше исследование влияния внешнего магнитного поля на электрокаталитические процессы, происходящие на четырех электрокатализаторах на основе платины. Насколько нам известно, это первое исследование взаимодействия Pt и водорода во внешнем магнитном поле. Для этого мы встроили сильные магниты в стержень вращающегося дискового электрода и регистрировали электрохимические процессы на Pt в Ar- или O 2 насыщенном кислом электролите в присутствии и в отсутствие магнитного поля.Из-за неспаренных спиновых состояний в водороде, как и в кислороде, эти частицы в определенной степени реагируют на магнитное поле.

Адсорбция и десорбция водорода

Основными электрохимическими процессами, происходящими в этих условиях, являются, во-первых, если присутствует кислород, реакция выделения кислорода (OER) и реакция восстановления кислорода (ORR) с термодинамическим равновесным потенциалом 1,23 В относительно SHE, см. Рисунок 1. Адсорбция кислорода и эти реакции протекает десорбция. ORR и OER более подробно описаны в (Norskov, 2000; Koper, 2008; Zhang, 2008; Diaz-Morales et al., 2018). Область между областью образования/восстановления поверхностного оксида и областью адсорбции/десорбции водорода обычно называют «областью двойного слоя». В этой области не происходят фарадеевские процессы, а только емкостные процессы (Lukaszewski et al., 2016). Во-вторых, реакция выделения водорода (HER) и реакция окисления водорода (HOR) имеют термодинамический равновесный потенциал 0 В по сравнению с SHE и характеризуют особенности на циклической вольтамперограмме около 0 В. Когда потенциал сохраняется> 0 В (по сравнению с .Только SHE) Происходит адсорбция и десорбция водорода, часто называемая осаждением H при недостаточном потенциале (H upd ).

Рисунок 1 . Характерные черты циклической вольтамперометрии на платиновых катализаторах в кислом электролите. Пики десорбции водорода далее обозначаются как «пик 1» и «пик 2». Рисунок основан на концепциях Лукашевского и др. (2016).

Адсорбцию можно разделить на: (1) молекулярно-хемосорбированную, (2) атомарно-хемосорбированную и (3) молекулярно-физисорбированную (Oudenhuijzen et al., 2001; Родунер, 2014; Кулкарни и др., 2018). Молекулярная физическая сорбция относится к электростатическим взаимодействиям между Pt и молекулами H 2 , при которых электроны не разделяются и диссоциация не происходит. Как описано в другом месте (Oudenhuijzen et al., 2001), молекулярно-хемосорбированный H 2 крайне маловероятен. H 2 немедленно диссоциирует, подразумевая, что хемосорбция H 2 на Pt атомарна по большей части.

Механизм адсорбции и выделения водорода на платине широко изучался (Kreuer, 2013; Zheng et al., 2014; Мурти и др., 2018). Этот процесс является быстрым и электрохимически обратимым, а равновесное покрытие поверхности зависит от потенциала электрода. Циклические вольтамперограммы, зарегистрированные для платины в кислом электролите, показывают отчетливые пики при 0–0,4 В по сравнению с RHE. Кажется, существует общее мнение относительно происхождения наиболее заметных пиков (Oudenhuijzen et al., 2001; Kreuer, 2013; Sarkar et al., 2013; Łukaszewski et al., 2016; Diaz-Morales et al., 2018). , расположенные около 0,125 и 0,27 В, представляющие ступенчатые участки (110) и (100) на Pt, следующим образом, подробно описанным Diaz-Morales et al.(2018):

, где * hkl указывает на свободный участок на поверхности Pt с индексами Миллера hkl.

Материалы и методы

Для этого исследования были изготовлены три электрокатализатора в соответствии с нашим двухнепрерывным синтезом ядро-оболочка на основе микроэмульсии, описанным в Westsson and Koper (2014) и Westsson et al. (2019): наночастицы [email protected], наночастицы [email protected] и наночастицы чистой Pt, нанесенные на углерод, полученные в бинепрерывной микроэмульсии. Кроме того, использовалась коммерческая Pt на углероде (60 мас. % Pt на Vulcan XC-72R, Johnson Matthey, Великобритания) (далее обозначается как «чистая Pt»).

Настройка

Чтобы получить магнитное поле как можно сильнее и как можно ближе к слою катализатора, вращающийся дисковый электрод был модифицирован и усовершенствован в несколько этапов. Электрод Pine Instrument RDE со съемным диском из стеклоуглерода диаметром 5 мм был использован в качестве исходного материала для создания электрода, который может быть как магнитным, так и немагнитным. Чтобы разместить магниты прямо между диском из стеклоуглерода и подпружиненным валом, размер диска и вала пришлось уменьшить.Длина диска из стеклоуглерода была уменьшена с 5 мм до 2 мм путем сверхтонкой полировки благодаря Лаборатории подготовки поверхности , Заандам, Нидерланды. Был изготовлен новый, более короткий стержень с подпружиненным наконечником для обеспечения хорошего электрического контакта с магнитами. «Полость» внутри модифицированного электрода RDE была сделана таким образом, чтобы в нее можно было вместить либо только магниты, либо только немагнитный латунный цилиндр, либо половинные магниты/латунь в качестве грубого способа изменения напряженности магнитного поля.Схематичное изображение см. на рис. 2.

Рисунок 2 . Схематическое изображение модифицированного вала RDE.

Магниты ( Supermagnets , Дрезден, Германия) представляют собой неодимовые магниты размером 5 мм в диаметре и цилиндры длиной 2, 3 и 5 мм, покрытые никелем. Магниты марки N52 соответствуют напряженности магнитного поля ~0,4 Тл в непосредственной близости от слоя катализатора.

Экспериментальный

Образцы катализатора, [email protected], [email protected] и чистая Pt (далее обозначаемые как «микроэмульсия Pt»), были приготовлены и охарактеризованы в соответствии с нашим микроэмульсионным синтезом частиц ядро-оболочка, описанным в Westsson and Koper. (2014) и Westsson et al.(2019), в котором металлическое ядро ​​размером 3 нм сначала синтезируется внутри водных каналов плотной микроэмульсии. Оболочка впоследствии добавляется путем гальванической замены поверхностных атомов ядра в пользу металла оболочки. На третьем этапе добавляется углеродная подложка (Vulcan XC-72R), а на четвертом этапе нанесенные на носитель частицы ядро-оболочка промываются. Чтобы получить наиболее точное сравнение между измерениями активности, выполненными с конфигурацией магнитного электрода, по сравнению с немагнитной конфигурацией, последовательность измерений оказалась решающей.Два последовательных измерения — с магнитным полем и без него — должны были быть выполнены либо на двух разных слоях краски, что могло привести к различиям между слоями, либо на одном единственном слое, в котором оба измерения с магнитами и латунным цилиндром были выполнены на точном тот же слой. В последнем случае существует риск легкого повреждения слоя при переключении внутренней части электрода, поскольку при этом происходит перемещение стеклоуглеродного диска. Кроме того, существует риск того, что потенциальное циклирование навсегда изменит катализатор через наборы измерений, другими словами, «эффект памяти».” Игла используется для вдавливания диска из стеклоуглерода, покрытого катализатором, в держатель из ПТФЭ после извлечения/вставки магнитов в вал. «m» представляет собой магнитную конфигурацию, а «b» представляет собой латунный цилиндр, т. е. немагнитную конфигурацию на фигурах. Таблица 1 объясняет, как измерения были помечены в соответствии с магнитной конфигурацией и порядком.

Таблица 1 . Иллюстрирует пример того, как были выполнены измерения и как они были соответствующим образом помечены.

Оптический микроскоп использовали для оценки потери катализатора из стеклоуглеродного электрода из-за повторного введения стеклоуглерода в наконечник RDE.Микроскопическую линейку использовали для измерения длины и ширины царапин, и можно было оценить процент от общей площади электрода, предполагая гомогенно осажденный слой катализатора.

Измерения каталитической активности проводились в кислых условиях в соответствии со стандартной процедурой RDE (Garsany et al., 2014). В качестве электролита использовали раствор 0,1 М HClO 4 . Электродом сравнения служил электрод RHE — по сути, Pt-проволока со свежеприготовленным газом H 2 , а противоэлектродом служила платиновая проволока, намотанная в виде спирали.Для всех электрохимических измерений использовали потенциостат Autolab PGSTAT 20, а также трехэлектродную ячейку и вращающийся дисковый электрод (RDE) от Pine Instruments с диском из стеклоуглерода диаметром 5 мм и, следовательно, площадью электрода 0,198 см 2 . Рабочий электрод готовили путем тщательной полировки стеклоуглеродного диска полировальными суспензиями частиц оксида алюминия размером 1,0, 0,3 и 0,05 мкм с промывкой между каждым этапом. Любые остатки полирующей среды удалялись в ультразвуковой ванне.Чернила получали путем смешивания 6,0 мг порошка катализатора (т.е. углерод + частицы ядро-оболочка) с 4,56 мкл суспензии нафиона (5 мас.%) и 12 мл изопропанола. Краска смешивалась с использованием ультразвуковой ванны. Для нанесения слоев каталитической краски на электрод на диск каплями наносили 13 мкл каталитической краски. Все эксперименты проводились в электролите, насыщенном Ar для циклической вольтамперометрии и O 2 для гидродинамической вольтамперометрии с использованием скоростей вращения 400, 900, 1600 и 2500 об/мин в соответствии с общепринятыми процедурами оценки, как описано в Gasteiger et al.(2005) и Garsany et al. (2014). Циклические вольтамперограммы, записанные в электролите, насыщенном аргоном, измеряли при скоростях сканирования либо 50 мВ/с, либо 100 мВ/с. Скорость сканирования для гидродинамической вольтамперометрии составляла 5 мВ/с. На первом этапе электрохимической очистки использовали циклирование потенциала со скоростью 100 мВ/с в течение 50 циклов. ECSA и потери ECSA рассчитывались в соответствии с общепринятой методикой, впервые описанной Trasatti (1991). Используемая скорость сканирования составляла 50 мВ/с.

Результаты

Подготовка проб

Каждый раз, когда стеклоуглерод проталкивается иглой в держатель из ПТФЭ, потеря геометрической площади, оцененная с помощью оптической микроскопии, составляет ~1–5% при каждом переключении конфигурации, см. пример на Рисунке 3.Эта потеря неизбежна, если полностью не изменить архитектуру электродной установки.

Рисунок 3 . Фотография с использованием оптического микроскопа царапин, сделанных в слое катализатора при повторной установке диска из стеклоуглерода, покрытого катализатором, в держатель из ПТФЭ после переключения конфигурации. Черный кружок представляет относительный размер стеклоуглеродного диска.

Циклическая вольтамперометрия

На циклических вольтамперограммах на рис. 4А при переключении конфигурации наблюдается потеря площади поверхности катализатора, оцененная по площадям пиков адсорбции и десорбции водорода.Это происходит, по крайней мере частично, из-за небольшого повреждения слоя катализатора, возникающего при вдавливании стеклоуглерода в держатель из ПТФЭ. Например, при измерении образца «[email protected]» (рис. S1) ECSA составляет: m1 = 70 м 2 /г, b2 = 62 м 2 /г и m3 = 53 м 2 /г. На основе этих значений производится расчет удельной активности. Потеря, оцененная с помощью ECSA, больше, чем потеря площади, оцененная с помощью оптической микроскопии.

Рисунок 4 .Циклические вольтамперограммы для Ar-насыщенного электролита для (A) коммерческой Pt при 100 мВ/с с крупным планом области десорбции водорода и (B) коммерческой Pt, измеренной при 50 мВ/с. Пик 1 соответствует десорбции водорода из центров Pt (110), а пик 2 — десорбции из Pt (100). Легенда относится к последовательности измерений (1–4) и магнитной (m) или немагнитной (b) конфигурации измерения, как описано в таблице 1.

Циклические вольтамперограммы для [email protected], [email protected] и чистой Pt, полученные в бинепрерывной микроэмульсии, представлены на рисунках S1, S2, единственным заметным результатом является уменьшение плотности тока при переключении между двумя конфигурациями.Графики иллюстрируют сходные характеристики пиков как в магнитной, так и в немагнитной конфигурации.

Напротив, на циклических вольтамперограммах с использованием в качестве катализатора технической чистой Pt пики адсорбции и десорбции водорода более выражены, так как частицы лучше диспергированы на углеродном носителе. Они не только выше в относительном выражении, но и проявляется поведенческая разница между магнитной конфигурацией «m» и немагнитной конфигурацией «b» (для латуни). Хотя количество различных слоев чернил, проанализированных с помощью последовательности магнитных и немагнитных измерений, ограничено примерно 10, каждая вольтамперограмма вносит свой вклад в структуру пиков, смещающихся в сторону более высоких потенциалов при сканировании в сторону более окислительных потенциалов, и наоборот, когда магнитное поле присутствует независимо от последовательности измерений.На рис. 4 показаны вольтамперограммы для образцов, измеренные как при скорости сканирования 100 мВ/с, так и при скорости сканирования 50 мВ/с с использованием различных последовательностей измерений. На рис. 4А показана значительная разница в положении пика десорбции водорода между измерениями, выполненными в присутствии магнитного поля и без него. На рис. 4В порядок измерения магнитный-немагнитный-немагнитный, чтобы исключить влияние самого переключателя конфигурации. Позиции пиков остаются одинаковыми между «b2» и «b3». В некоторых измерениях виден небольшой сдвиг положения десорбции кислорода.Однако в этом первоначальном исследовании основное внимание уделялось водородной области.

Гидродинамическая вольтамперометрия

После каждого измерения в Ar-насыщенном электролите проводили гидродинамическую вольтамперометрию в O 2 -насыщенном электролите с анализом массовой активности и удельной активности каждой конфигурации для каждого слоя катализатора.

Очевидный и ожидаемый эффект потери катализатора отражается в потере массовой активности между измерениями, как показано на Рисунке 5 в качестве примера и в SI (Рисунок S5).Если учитывать общую электрохимически активную поверхность слоя, измерения — магнитные и немагнитные — в значительной степени перекрываются. Как показывают результаты, существенной разницы в каталитической активности между магнитными и немагнитными измерениями обнаружено не было.

Рисунок 5 . Гидродинамические вольтамперограммы для коммерческой Pt, иллюстрирующие каталитическую активность в отношении восстановления кислорода в двух различных конфигурациях электродов; магнитное поле и отсутствие магнитного поля, рассчитанные как массовая активность (A) , так и удельная активность (B) .

Обсуждение

Наибольший вклад в погрешность измерений вносит контактное сопротивление при переключении между магнитной и немагнитной конфигурацией для одного слоя. Однако крайне важно выполнять оба типа измерений на одном слое, поскольку нельзя игнорировать влияние изготовления и постоянного изменения катализатора во время измерений.

Потеря ECSA в процентах между измерениями непропорционально велика по сравнению с наблюдаемой потерей слоя катализатора, наблюдаемой под микроскопом.Однако потери ECSA на протяжении всей последовательности измерений существенно не различаются между слоями катализатора. Как обсуждалось в Westsson et al. (2019) проблематично использовать ECSA в качестве оценки площади поверхности на нестандартизированных поверхностях. Однако он может служить для оценки — в пределах одного катализатора — относительной площади поверхности. Потери катализатора, рассчитанные с помощью ECSA, возможно, более надежны, чем потери, оцененные с помощью микроскопии, поскольку графики удельной активности, по-видимому, перекрываются.

Коммерческая Pt имеет самый высокий показатель ECSA, что означает, что любой эффект будет наиболее заметен в этом образце.Хотя положения пиков в других образцах не демонстрируют явного сдвига, они не противоречат результату для коммерческой платины. В качестве попытки количественной оценки сдвига пика в коммерческих образцах Pt была проведена деконволюция пика с использованием двух кривых Гаусса, подогнанных к данным, см. пример на Рисунке S6. Поскольку пики десорбции водорода дают более заметные пики, они составляют основу для такого анализа. Хотя пики адсорбции, по-видимому, следуют той же тенденции, статистическая оценка с использованием этого набора данных не проводилась.

Положения двух пиков в зависимости от порядка измерения показаны на рис. 6. Обычно положения пиков смещаются в сторону более высоких потенциалов при наличии магнитного поля. Когда конфигурация «переключается» с магнитной на магнитную (т. е. стеклоуглерод, включая слой катализатора, удаляется и снова устанавливается без замены магнитов на немагнитный цилиндр) или с немагнитной на немагнитную, положения пиков не отображаются. столько же пикового сдвига. Такие измерения дают представление об ошибке с точки зрения положений пиков при отсутствии и наличии магнитного поля в пределах одного слоя катализатора .Однако этих точек данных слишком мало, чтобы определить надежную стандартную ошибку. Другой источник ошибки возникает из-за воспроизводимости между различными слоями катализатора . Ожидается, что эта ошибка будет относительно большой. Например, два измерения с именем m1 (где «1» обозначает порядковый номер) для разных слоев катализатора в идеале должны перекрываться, но, как показано на рисунке 6, это не так. Тем не менее, относительное смещение положения пика при переключении конфигурации наиболее значимо по сравнению с измерением того же слоя .

Рис. 6. (A) Положение пика в зависимости от порядка измерения пика 1 десорбции водорода для коммерческих образцов Pt, измеренное при 100 мВ/с. Стрелки соединяют измерения, сделанные на одном и том же слое. (B) Положения пика 1 для образцов, измеренных при 50 мВ/с. Пиковые положения пика 2 см. на рисунке S3.

В качестве сводки всех измерений высоты и положения пика 1 показаны на рисунке 7. Магнитные и немагнитные измерения четко образуют два отдельных облака, где положение пиков различает их.С другой стороны, высоты пиков не разделяют эти две конфигурации. См. рис. S4 для получения дополнительной информации.

Рисунок 7 . Положение пика и высота пика для пика десорбции 1, где синий квадрат = магнитная конфигурация, а красный кружок = немагнитная конфигурация. Звездочки представляют собой средние значения (b: 0,146 ± 0,008; 84,86 ± 33,38 и m: 0,186 ± 0,024; 112,04 ± 62,76). Овалы служат ориентиром для глаз.

При выполнении двухвыборочного теста t , где порог статистической значимости α = 0.05, в наборе данных положений пиков (как пик 1, так и пик 2) для «m» и «b» средние значения и дисперсии совокупности значительно различаются между m и b. Среднее значение положения пика для пика 1 в магнитной конфигурации составляет 0,186 В ± 0,024 и 0,146 В ± 0,008 для немагнитной конфигурации, показанной звездочкой на рисунке 7. Это оставляет сдвиг ~ 0,04 В. Относительные расстояния между два пика представлены на рис. 8. Средние значения и дисперсии существенно не различаются в тесте с двумя образцами t .Очевидно, что из-за небольшой выборки статистика имеет ограниченное качество. Однако это попытка распутать влияние магнитного поля на ограниченный набор данных.

Рисунок 8 . Пиковое расщепление. Небольшая разница между двумя конфигурациями видна, но не является статистически значимой.

Сдвиг положения пиков, предположительно вызванный наличием магнитного поля, невелик, но, тем не менее, присутствует во всех (коммерческих Pt) образцах при различных скоростях сканирования.Наше ограниченное исследование электрокаталитического поведения в присутствии магнитного поля и без него позволяет предположить, что десорбция H с поверхности Pt замедляется в присутствии магнитного поля.

В этих опытах поверхность намагничивается или не намагничивается. Любое магнитное воздействие на потенциал должно быть связано со спинами некоторых активных частиц, взаимодействующих с полем. Адсорбция и десорбция водорода на Pt — это два процесса в нашей системе. Сам H 2 имеет два магнитных спина, один для электрона и один для протона, тогда как H + имеет только спин ± 12.В H 2 состояние спина + 1 и -1 будет реагировать на магнитное поле, тогда как состояние антипараллельного спина не взаимодействует с магнитным полем. Это означает, что 50 % водорода поляризовано по спину, а 50 % — нет. Также платина намагничивается из-за неспаренных спинов, и магнитное поле будет влиять на ее зонную структуру (Гречнев, 2009). В результате изменяется энергия связи водорода с поверхностью платины, что и наблюдается в данном исследовании. Изменение зеемановской энергии из-за наличия магнитного поля может влиять на энергию активации положительно или отрицательно, изменяя результирующую энтальпию активационного барьера и тем самым изменяя скорость окислительно-восстановительной реакции (Озероваб и Воробьев, 2007; Zeng et al., 2018). Однако если энергетические уровни в атомах или молекулах изменить путем приложения магнитного поля через эффект Зеемана, картина может измениться, и пики кривой ВАХ больше не будут представлять то, что было бы в случае без магнитного поля. Однако подробный анализ механизма выходит за рамки данного исследования. Тем не менее, насколько нам известно, это первое экспериментальное исследование, в котором обсуждается влияние внешнего магнитного поля на адсорбцию водорода на Pt — одном из наших важнейших электрокатализаторов.Наши результаты указывают в том же направлении, что и прогнозы расчетов, представленных в Melander et al. (2014).

При текущей настройке и напряженности магнитного поля явное и значительное влияние магнитного поля на каталитическую активность по отношению к реакции восстановления кислорода, либо потенциал начала, либо кинетически ограниченный ток, не было обнаружено или просто не существует для изученных здесь каталитических материалов. .

В заключение мы предполагаем, что наблюдаемые в данной работе изменения в электрохимическом поведении связаны с взаимодействием магнитных состояний водорода с катализатором и что это вызывает сдвиг потенциалов адсорбции и десорбции водорода.По крайней мере, некоторые состояния водорода являются магнитными, поэтому мы предполагаем, что на электрохимические процессы влияют магнитные состояния водорода. Помня о наблюдениях этого исследования, мы подчеркиваем влияние внешнего магнитного поля как на катализатор, так и на реагенты, а также на важность их спиновых состояний, которые ранее редко обсуждались.

В частности, при катализе малых симметричных молекул, таких как H 2 и O 2 , активация этих молекул зависит от нарушения их симметрии.Введение внешнего магнитного поля потенциально может служить ручкой для контроля нарушения симметрии и, следовательно, снижения барьеров активации. Это обеспечило бы скромное дополнение к традиционным подходам к катализу.

Заявление о доступности данных

Все наборы данных, созданные для этого исследования, включены в статью/дополнительный материал.

Вклад авторов

РЭБ провел опыты и написал текст. GK руководил и участвовал в обсуждениях и рекомендациях вместе с SP.

Финансирование

Авторы заявляют, что это исследование получило финансирование от NanoNextNL (B2.02). Спонсор не участвовал в разработке исследования, сборе, анализе, интерпретации данных, написании этой статьи или решении представить ее для публикации. NanoNextNL был инновационным консорциумом правительства Нидерландов и 130 партнеров в научных кругах и промышленности.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Части этой статьи появляются в следующей диссертации: Westsson (2019).

Дополнительный материал

Дополнительный материал к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fchem.2020.00163/full#supplementary-material

.

Ссылки

Диас-Моралес, О., Херсбах, Т.Дж.П., Бадан, К., Гарсия, А.С., и Копер, М.Т.М. (2018). Адсорбция водорода на наноструктурированных платиновых электродах. Фарадей Обсудить 210, 301–315. дои: 10.1039/c8fd00062j

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Данвуди, округ Колумбия, Унлю, М., Вольф, А.К.Х., Геллетт, В., и Ледди, Дж. (2005). Углеродные электроды с включением магнитов: методы создания и демонстрации повышенного электрохимического потока. Электроанализ 17, 1487–1494. doi: 10.1002/elan.200503297

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Гарсес-Пинеда, Ф.А., Бласко М., Кастро Д. Н., Лопес Н. и Галан-Маскарос Дж. Р. (2019). Прямое магнитное усиление электрокаталитического окисления воды в щелочных средах. Нац. Энергия 4, 519–525. doi: 10.1038/s41560-019-0404-4

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Garsany, Y., Ge, J., St-Pierre, J., Rocheleau, R., and Swider-Lyons, K. E. (2014). Аналитическая процедура для точного сравнения результатов вращающегося дискового электрода по активности восстановления кислорода Pt/C. Дж. Электрохим. соц. 161, Ф628–Ф640. дои: 10.1149/2.036405jes

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Гастайгер, Х.А., Коча, С., Сомпалли, Б., и Вагнер, Ф.Т. (2005). Контрольные показатели активности и требования к Pt, Pt-сплавам и не-Pt катализаторам восстановления кислорода для ПОМТЭ. Заяв. Катал. Б Окружающая среда. 56, 9–35. doi: 10.1016/j.apcatb.2004.06.021

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Гречнёв Г.Е. (2009). Индуцированные магнитным полем эффекты в электронной структуре коллективизированных систем d- и f-металлов. Низкотемпературная физика. 35, 638–651. дои: 10.1063/1.3224723

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Копер, МТМ (2008). Катализ на топливных элементах: подход к науке о поверхности. Хобокен, Нью-Джерси: Wiley.

Академия Google

Кулкарни, А., Сиахростами, С., Патель, А., и Норсков, Дж. К. (2018). Понимание тенденций каталитической активности в реакции восстановления кислорода. Хим. Ред. 118, 2302–2312. doi: 10.1021/acs.chemrev.7b00488

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ли Ю., Чжан Л., Пэн Дж., Чжан В. и Пэн К. (2019). Электрокатализ Co3O4/NF, усиливающий магнитное поле, для реакции выделения кислорода. Дж. Пауэр Сауэр. 433:226704. doi: 10.1016/j.jpowsour.2019.226704

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Лукашевский, М., Сошко, М., и Червински, А. (2016). Электрохимические методы определения реальной площади поверхности электродов из благородных металлов – обзор. Междунар. Дж. Электрохим. науч. 11, 4442–4469. дои: 10.20964/2016.06.71

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Меландер, М., Лаасонен, К., и Йонссон, Х. (2014). Влияние магнитных состояний на реакционную способность поверхности железа ГЦК(111). J. Phys. хим. С 118, 15863–15873. дои: 10.1021/jp504709d

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Мурти, А. П., Мадхаван, Дж., и Муруган, К. (2018). Последние достижения в области катализаторов реакции выделения водорода на углерод/углеродных носителях в кислой среде. Дж. Пауэр Сауэр. 398, 9–26. doi: 10.1016/j.jpowsour.2018.07.040

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Норсков, BHJK (2000). Теоретическая наука о поверхности и катализ — расчеты и концепции. Доп. Катал. 45, 71–129. doi: 10.1016/S0360-0564(02)45013-4

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Окадзаки М. и Шига Т. (1986). Выход продукта зависящей от магнитного поля фотохимической реакции, модулируемой электронным спиновым резонансом. Природа 323, 240–243. дои: 10.1038/323240a0

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Oudenhuijzen, M.K., Bitter, J.H., и Koningsberger, D.C. (2001). Природа связи Pt-H для сильно и слабо связанного водорода на платине A XAFS-спектроскопическое исследование формы резонанса состояния антисвязывания Pt-H и EXAFS Pt-H. J. Phys. хим. В 105, 4616–4622. дои: 10.1021/jp0108014

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Озероваб Р.П. и Воробьев А.А. (2007). Физика для химиков. Амстердам: Эльзевир.

Периасами, Н., и Линдшиц, Х. (1979). Побег из клетки и перефазировка спина триплетных ион-радикальных пар: эффекты температуры, вязкости и магнитного поля при фотовосстановлении флуоренона с помощью DABCO. Хим. физ. лат. 64, 281–285. дои: 10.1016/0009-2614(79)80513-8

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Саркар, А., Керр, Дж. Б., и Кэрнс, Э. Дж. (2013). Электрокатализ в топливных элементах — подход без платины и с низким содержанием платины. Лондон: Спрингер. дои: 10.1007/978-1-4471-4911-8

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Шовковый И. А. (2013). «Магнитный катализ: обзор», в Strongly Interacting Matter in Magnetic Fields , под ред. Д. Харзеева, К. Ландштейнера, А. Шмитта и Х.-У. Йи (Берлин: Springer) 13–49. дои: 10.1007/978-3-642-37305-3_2

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Штайнер, У. Э., и Ульрих, Т. (1989). Эффекты магнитного поля в химической кинетике и родственных явлениях. Хим. Ред. 89, 51–147. DOI: 10.1021/cr00091a003

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Торун, Э., Фанг, К., де Вийс, Г. А., и де Гроот, Р. А. (2013). Роль магнетизма в катализе: поверхность RuO2(110). J. Phys. хим. С 117, 6353–6357. дои: 10.1021/jp4020367

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Трасатти, П. (1991). Измерение реальной площади поверхности в электрохимии. Чистое приложение. хим. 63, 711–734. дои: 10.1351/pac199163050711

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Турро, Нью-Джерси, и Кройтлер, Б. (1980). Магнитное поле и магнитные изотопные эффекты в органических фотохимических реакциях. новое исследование механизмов реакции и метод обогащения магнитных изотопов. Согл. хим. Рез. 13, 369–377. дои: 10.1021/ar50154a005

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Вестссон, Э. (2019). Катализаторы с низким содержанием благородных металлов для водородных топливных технологий. (кандидатская диссертация). Делфт: Технологический университет Нидерландов.

Академия Google

Вестссон, Э., и Копер, Г. (2014). Как определить природу ядра-оболочки в частицах биметаллического катализатора? Катализаторы 4, 375–396. doi: 10.3390/catal4040375

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Цзэн З., Чжан Т., Лю Ю., Чжан В., Инь З., Цзи З. и др. (2018). 4-электронный путь, усиленный магнитным полем, для хорошо выровненных Co3 O4 / электропряденных углеродных нановолокон в реакции восстановления кислорода. ChemSusChem 11, 580–588. doi: 10.1002/cssc.201701947

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Zheng, Y., Jiao, Y., Li, L.H., Xing, T., Chen, Y., Jaroniec, M., et al. (2014). К разработке синергетически активных катализаторов на основе углерода для электрокаталитического выделения водорода. ACS Nano 8, 5290–5296. doi: 10.1021/nn501434a

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Перечислите четыре свойства силовых линий магнитного поля.

Нокаут NEET 2024

Персонализированный репетитор ИИ и адаптивное расписание, Материал для самообучения, Неограниченное количество пробных тестов и персонализированных аналитических отчетов, Круглосуточная поддержка в чате сомнений.

₹ 39999/-

Купить сейчас
Нокаут NEET 2025

Персонализированный репетитор ИИ и адаптивное расписание, Материал для самообучения, Неограниченное количество пробных тестов и персонализированных аналитических отчетов, Круглосуточная поддержка в чате сомнений.

₹ 45000/-

Купить сейчас
Фонд NEET + Нокаут NEET 2024

Персонализированный репетитор ИИ и адаптивное расписание, Материал для самообучения, Неограниченное количество пробных тестов и персонализированных аналитических отчетов, Круглосуточная поддержка в чате сомнений.

₹ 54999/- ₹ 42499/-

Купить сейчас
NEET Foundation + Knockout NEET 2024 (простой платеж)

Персонализированный репетитор ИИ и адаптивное расписание, Материал для самообучения, Неограниченное количество пробных тестов и персонализированных аналитических отчетов, Круглосуточная поддержка в чате сомнений.

₹ 3999/-

Купить сейчас
NEET Foundation + Knockout NEET 2025 (простой платеж)

Персонализированный репетитор ИИ и адаптивное расписание, Материал для самообучения, Неограниченное количество пробных тестов и персонализированных аналитических отчетов, Круглосуточная поддержка в чате сомнений.

₹ 3999/-

Купить сейчас

Свойства магнитных силовых линий

Воображаемые линии, представляющие направление магнитного поля, известны как магнитные силовые линии.Снаружи магнита их направление от Северного полюса к Южному полюсу, а внутри магнита — от юга к Северному полюсу. Их плотность уменьшается, когда они перемещаются из области с более высокой проницаемостью в область с более низкой проницаемостью.

Свойства магнитных силовых линий:

(i) Магнитные силовые линии представляют собой замкнутые непрерывные кривые, проходящие через тело магнита. Они текут от южного полюса к северному полюсу внутри материала и от северного полюса к южному полюсу в воздухе.

(ii) Силовая линия направлена ​​от северного полюса к южному полюсу вне магнита, а от южного полюса к северному внутри магнита. В одном стержневом магните, как показано справа, они пытаются образовать замкнутые петли от полюса к полюсу.

(iii) Касательная к магнитной силовой линии в любой точке дает направление магнитного поля в этой точке, (т.е.) дает направление магнитной индукции (B) в этой точке.

(iv) Они никогда не пересекаются друг с другом.Эти линии не пересекаются, потому что если бы они пересекались, то это означало бы два значения магнитного поля в одной точке, что невозможно.

(v) Толпа там, где магнитное поле сильное, и редеет там, где поле слабое. У полюсов магнита магнитное поле сильнее, потому что силовые линии там сгущены, а вдали от полюсов магнитное поле слабое.

(vi) Все они имеют одинаковую силу. Сила магнитных линий везде одинакова и пропорциональна тому, насколько близко расположены линии.Их плотность уменьшается (они расширяются), когда они перемещаются из области с более высокой проницаемостью в область с более низкой проницаемостью. Их плотность уменьшается по мере удаления от полюсов.

(vii) Магнитные силовые линии представляют собой замкнутые непрерывные кривые, которые выходят из северного полюса и входят в южный полюс. Внутри магнита эти линии направлены от южного к северному полюсу.

(viii) Направление магнитного поля в любой точке совпадает с касательной к магнитной силовой линии, проходящей через эту точку.Магнитные силовые линии между двумя разными полюсами сокращаются в продольном направлении. Расширение линий магнитного поля нарастает в боковом положении и сужение в продольном.

Линии магнитного поля: определение, направление и свойства

Что такое линии магнитного поля

Магнитное поле может быть визуально представлено воображаемыми линиями, проведенными вокруг магнита или намагниченного объекта. Эти линии известны как линии магнитного поля или магнитные силовые линии.Поскольку магнитное поле является векторной величиной, оно будет иметь как величину, так и направление, как показано на изображении ниже. Сила магнитного поля определяется количеством линий, пересекающих единицу площади перпендикулярно линиям. Линия, проведенная по касательной в любой точке силовых линий, дает направление магнитного поля (см. красные стрелки на изображении). Линии магнитного поля аналогичны силовым линиям электрического поля.

Линии магнитного поля

Свойства линий магнитного поля

Вот некоторые общие факты и характеристики силовых линий магнитного поля.

  • Замкнутая и непрерывная кривая
  • Плотность определяет напряженность магнитного поля – скученность силовых линий указывает на сильное магнитное поле
  • Плотность уменьшается с увеличением расстояния от объекта
  • Магнитное поле и магнитная сила касательны линиям линии никогда не пересекаются. В противном случае касательная в точке пересечения будет показывать разные направления, что невозможно

Примеры линий магнитного поля

1.Барный магнит

Стержневой магнит — это постоянный магнит, магнетизм которого сохраняется навсегда. Линии магнитного поля в стержневом магните образуют замкнутые линии. Стержневой магнит имеет два полюса – северный полюс и южный полюс. Линии магнитного поля выходят из северного полюса и заканчиваются в южном полюсе. Внутри магнита они путешествуют от южного к северному полюсу. Линии магнитного поля можно нарисовать, поднеся компас к магниту. Компас, сам магнит, выравнивается по этим линиям так, что его стрелка указывает в направлении магнитной силы.

Свойства линий магнитного поля стержневого магнита

Помимо свойств, рассмотренных в предыдущем разделе, линии магнитного поля стержневого магнита обладают следующими дополнительными свойствами.

  • Поток с северного на южный полюс вне магнита и с юга на северный полюс внутри магнита
  • Параллельный и однородный внутри магнита и расходящийся и неравномерный снаружи
  • Ближе друг к другу на полюсах
  • Увеличивает напряженность магнитного поля на полюсов
Линии магнитного поля вокруг стержневого магнита

Два магнита рядом друг с другом

Когда два стержневых магнита помещаются рядом друг с другом, линии их магнитного поля искажаются из-за сил притяжения и отталкивания между магнитами.Правило таково: одноименные полюса отталкиваются, а противоположные притягиваются. Когда северный полюс одного стержневого магнита обращен к южному полюсу другого, силовые линии магнитного поля соединятся вместе (см. (а) на изображении выше). Линии будут выходить из северного полюса и заканчиваться в южном полюсе. Линии станут более плотными в области между двумя полюсами. Когда два северных полюса или два южных полюса находятся близко друг к другу, силовые линии магнитного поля будут отклоняться друг от друга из-за отталкивания (см. (b) на изображении).

2. Токоведущий провод

Закон Ампера показал, что ток, протекающий по проводу, создает магнитное поле. Линии магнитного поля вокруг любого провода с током представляют собой концентрические окружности с центром, лежащим на проводе. Направление силовых линий магнитного поля можно определить по правилу правой руки. Предположим, что большой палец указывает в текущем направлении. Пальцы, обвивающие провод, задают направление магнитного поля. Сила магнитного поля обратно пропорциональна расстоянию от провода.

Линии магнитного поля вокруг провода с током

3. Соленоид

Соленоид представляет собой катушку из множества круглых витков изолированного медного провода, плотно навитого по спирали, часто вокруг металлического сердечника. Форма соленоида обычно цилиндрическая с прямой осью. Когда по проводам проходит ток, создается магнитное поле, и, таким образом, соленоид ведет себя как электромагнит. Линии магнитного поля аналогичны силовым линиям стержневого магнита. Внутри соленоида силовые линии параллельны, а магнитное поле однородно.С другой стороны, магнитное поле снаружи равно нулю.

Последний раз статья рецензировалась в понедельник, 20 сентября 2021 г.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

3 Манипулирование свойствами электромагнитного поля — сводка сеанса

микроструктур внутри материала и возможность улучшения характеристик материала. Этот метод представляет собой новый инструмент синтеза-катализа для преодоления барьеров активации реакции, и он может снизить энергию и затраты на обработку.

Затем д-р Людтка описал многочисленные свойства материалов, на которые влияют сильные магнитные поля, в том числе следующие:

•     Фазовая стабильность;

•     Диффузионные барьеры;

•     Дислокационные ядра;

•     Энергии неисправности;

•     Фононы и магноны;

•     Кинетика за счет повышения температуры и воздействия на критическое стабильное ядро ​​для образования осадка; и

•     Катализ и синтез путем воздействия на энергетические барьеры активации.

Д-р Лудтка рассказал о семинаре, проведенном в 2005 г. Национальной лабораторией сильных магнитных полей для понимания потребностей промышленности в рентгеновских и нейтронных эффектах. Результатом семинара «Исследование вещества в сильных магнитных полях с помощью рентгеновских лучей и нейтронов» стал длинный список семейств материалов и областей воздействия, включая биологические материалы, синтез белков, композитные системы и многие-многие другие (Granroth et al., 2005). Исследователи ORNL работают над расширением и реализацией некоторых из этих идей.

Затем д-р Лудтка очень кратко описал обработку магнитным полем в ORNL как промышленный инструмент обработки синтеза-катализа, предназначенный для воздействия на фазовое равновесие и ускорения кинетики фазового превращения. Он предназначен для одновременного воздействия на свойства материала, такие как прочность, ударная вязкость и фазовое равновесие. Установка обработки магнитного поля в ORNL использует сверхпроводящие магниты мощностью 9 Тл с вертикальным отверстием диаметром 8 дюймов.

Затем д-р Лудтка объяснил, почему сильное магнитное поле сдвигает фазовые границы материала.В уравнении свободной энергии есть член, который коррелирует с внешним магнитным полем (интегральное выражение в приведенном ниже уравнении), хотя традиционно считается, что он не играет существенной роли:

∆G представляет собой изменение свободной энергии, α представляет собой долю феррита, а γ представляет долю аустенита на фазовой диаграмме Fe , где a представляет собой свободную энергию либо для феррита, либо для аустенита. R — газовая постоянная, T — температура.В интеграле H — магнитное поле, а M — намагниченность. Вопреки предположению, что магнитное поле не имеет значения, исследования в ORNL показали, что обработка сильным магнитным полем действительно влияет на микроструктуру,

Связь между свойствами магнитного поля и статистическим потоком с использованием численного моделирования и отслеживания магнитных характеристик на фотосфере Солнца | Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества

Получить помощь с доступом

Институциональный доступ

Доступ к контенту с ограниченным доступом в Oxford Academic часто предоставляется посредством институциональных подписок и покупок.Если вы являетесь членом учреждения с активной учетной записью, вы можете получить доступ к контенту следующими способами:

Доступ на основе IP

Как правило, доступ предоставляется через институциональную сеть к диапазону IP-адресов. Эта аутентификация происходит автоматически, и невозможно выйти из учетной записи с проверкой подлинности IP.

Войдите через свое учреждение

Выберите этот вариант, чтобы получить удаленный доступ за пределами вашего учреждения.

Технология Shibboleth/Open Athens используется для обеспечения единого входа между веб-сайтом вашего учебного заведения и Oxford Academic.

  1. Щелкните Войти через свое учреждение.
  2. Выберите свое учреждение из предоставленного списка, после чего вы перейдете на веб-сайт вашего учреждения для входа.
  3. Находясь на сайте учреждения, используйте учетные данные, предоставленные вашим учреждением.Не используйте личную учетную запись Oxford Academic.
  4. После успешного входа вы вернетесь в Oxford Academic.

Если вашего учреждения нет в списке или вы не можете войти на веб-сайт своего учреждения, обратитесь к своему библиотекарю или администратору.

Вход с помощью читательского билета

Введите номер своего читательского билета, чтобы войти в систему. Если вы не можете войти в систему, обратитесь к своему библиотекарю.

Члены общества

Многие общества предлагают своим членам доступ к своим журналам с помощью единого входа между веб-сайтом общества и Oxford Academic. Из журнала Oxford Academic:

  1. Щелкните Войти через сайт сообщества.
  2. При посещении сайта общества используйте учетные данные, предоставленные этим обществом. Не используйте личную учетную запись Oxford Academic.
  3. После успешного входа вы вернетесь в Oxford Academic.

Если у вас нет учетной записи сообщества или вы забыли свое имя пользователя или пароль, обратитесь в свое общество.

Некоторые общества используют личные аккаунты Oxford Academic для своих членов.

Личный кабинет

Личную учетную запись можно использовать для получения оповещений по электронной почте, сохранения результатов поиска, покупки контента и активации подписок.

Некоторые общества используют личные учетные записи Oxford Academic для предоставления доступа своим членам.

Институциональная администрация

Для библиотекарей и администраторов ваша личная учетная запись также предоставляет доступ к управлению институциональной учетной записью. Здесь вы найдете параметры для просмотра и активации подписок, управления институциональными настройками и параметрами доступа, доступа к статистике использования и т. д.

Просмотр ваших зарегистрированных учетных записей

Вы можете одновременно войти в свою личную учетную запись и учетную запись своего учреждения.Щелкните значок учетной записи в левом верхнем углу, чтобы просмотреть учетные записи, в которые вы вошли, и получить доступ к функциям управления учетной записью.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.