Влияние магнитного и электрического полей на свойства гелей оксигидрата иттрия

Актуальность работы.

Гели оксигидрата иттрия являются малоисследованными системами. Имеются сведения о возможности формирования в них мезофаз, подобных существующим в органических жидкокристаллических системах. Одно из специфических свойств жидкокристаллического состояния вещества — способность претерпевать структурные превращения под действием электрического и магнитного полей. Проявление лиои термотропного мезоморфизма в полимерных системах предполагает также возможность управления их структурно-оптическими характеристиками с помощью внешних воздействий.

Конкретная фундаментальная задача в рамках данного проекта: изучение механизма воздействия магнитного и электрического полей на полимерные частицы оксигидрата иттрия и нахождение количественных и качественных закономерностей влияния электрического и магнитного излучений и длительности экспозиции на структуру образующегося геля и физико-химические свойства конечного воздушно-сухого образца.

Научная новизна.

Влияние как электрического, так и магнитного поля на строение и физико-химичесике свойства оксигидратных гелей ранее не исследовалось. Благодаря изучению оптических, реологических и термогравиметрических свойств гелей оксигидрата иттрия под воздействием электрического и магнитного поля было доказано предположение об их псевдожидкокристалическом строении, получена ценная информация о процессах структурообразования, протекающих в течение времени экспозиции геля в поле, а также о процессах релаксации структуры после экспозиции.

Термогравиметрическое исследование образцов, подверженных влиянию электрического и магнитного полей показало, какие именно преобразования происходят в строении геля и насколько это сказывается на его химическом строении, что, в свою очередь, неотрывно связано с его физическими свойствами, такими, как способность сорбировать одноименные ионы.

Практическая ценность работы.

Гели оксигидрата иттрия перспективные сорбционные материалы. Знание их структуры, свойств позволит синтезировать гели с высокой сорбционной активностью. Необходимо изучить влияние на сорбционную активность гелей условий синтеза, времени старения гелей и воздействия разнообразных факторов, таких как постоянное электрическое, постоянное магнитное, импульсное магнитное поле.

Изучение влияния электрического и магнитного полей на сорбционные свойства гелей оксигидрата иттрия позволит в дальнейшем синтезировать сорбенты на основе оксигидратных гелей с наиболее оптимальными сорбционными характеристиками.

Целью диссертационной работы является исследование особенностей формообразования в гелях оксигидрата иттрия под влиянием магнитного и электрического полей.

В соответствии с поставленной целью решались следующие основные задачи исследований:

1. Выявить процессы формообразования гелей оксигидрата иттрия в электрическом и магнитном полях.

2. Провести взаимосвязь между оптическими явлениями, протекающими в геле и внешними электрическими и магнитными полями.

3. Установить зависимость сорбционных свойств оксигидратных гелей от магнитного и электрического поля.

4. Провести термогравиметрический анализ образцов, подвергшихся воздействию в электрических и магнитных полей.

5. Изучить релаксационные процессы как в свежеприготовленных, так и в воздушно-сухих образцах, протекающие после экспозиции их в поле.

6. Провести анализ микроструктуры гелей оксигидрата иттрия.

Публикации.

По теме диссертации опубликованы работы:

1. Юдина Е. П. Взаимосвязь реологических особенностей и оптических свойств гелей оксигидрата иттрия / Сухарев Ю. И., Юдина Е. П., Крупнова Т. Г. // Известия Челябинского научного центра УрО РАН. — Челябинск, 2002. — Вып. 3. — С. 102−106.

2. Юдина Е. П. Влияние электрического и магнитного полей на оптические свойства гелей оксигидрата иттрия / Сухарев Ю. И., Юдина Е. П., Сухарева И. Ю. // Известия челябинского научного центра УрО РАН. — Челябинск, 2002. — Вып. 4. — С. 109−113.

3. Юдина Е. П. Необычные реологические свойства оксигидратных сорбентов / Сухарев Ю. И., Юдина Е. П. // Тезисы докладов к VI региональной научно-практической конференции «Проблемы экологии, экологического образования и просвещения в Челябинской области». — ЧГПУ — Челябинск, 2002. — С. 133−135.

4. Юдина Е. П. Влияние электрического и магнитного полей на сорбционные свойства гелей оксигидрата иттрия / Сухарев Ю. И., Юдина Е. П. // Тезисы докладов к VI региональной научно-практической конференции «Проблемы экологии, экологического образования и просвещения в Челябинской области». — ЧГПУЧелябинск, 2002. — С. 143−145.

5. Юдина Е. П. Изучение мезофазообразования в гелях оксигидрата иттрия, подвергнутых влиянию сдвиговых деформаций, методами термического анализа / Сухарев Ю. И., Юдина Е. П., Крупнова Т. Г., Лужнова О. В. // Известия челябинского научного центра УрО РАН. — Челябинск, 2003. — Вып. 2. — С. 79−84.

6. Юдина Е. П. Некоторые особенности полных реологических кривых структурированных гелей оксигидрата ниобия / Сухарев Ю. И., Лужнова О. В., Юдина Е. П. // Известия челябинского научного центра УрО РАН. — Челябинск, 2003.-Вып. 2.-С. 85−89.

7. Юдина Е. П. Влияние электрического и магнитного полей на структурирование гелей оксигидрата иттрия / Сухарев Ю. И., Юдина Е. П., Крупнова Т. Г., Платонова Г. В. // Известия челябинского научного центра УрО РАН. — Челябинск, 2003. — Вып. З.-С. 76−84.

8. Юдина Е. П. Бифуркация удвоения периода пейсмекеров в гелевых оксигидратных системах / Сухарев Ю. И., Юдина Е. П. Лукьянчикова О.Б. // Известия челябинского научного центра УрО РАН. — Челябинск, 2004. — Вып. 2. — С. 128−133.

9. Юдина Е. П. Кинетика структурирования в гелях оксигидрата иттрия / Сухарев Ю. И., Юдина Е. П., Крупнова Т. Г. // Известия Челябинского научного центра УрО РАН. — Челябинск, 2004. — Вып. З.-С. 67−71.

Ю.Юдина Е. П. Особенности кинетики структурообразования в гелях оксигидрата иттрия под действием магнитного поля / Сухарев Ю. И., Юдина Е. П., Крупнова Т. Г. Вестник Уральского государственного технического университета — УПИЕкатеринбург, 2004 — № 17 (47) — С. 184−188.

11. Юдина Е. П. Эффект увеличения сорбционной емкости гелевых сорбентов наоснове оксигидратов иттрия / Сухарев Ю. И., Крупнова Т. Г., Юдина Е. П. // Вестник Уральского государственного технического университета — УПИ — Екатеринбург, 2004.-№ 17 (47)-С. 197−201.

12. Юдина Е. П. Геометрия странных аттракторов гелевых оксигидратных систем / Сухарев Ю. И., Крупнова Т. Г., Юдина Е. П. // Известия Челябинского научного центра УрО РАН. — Челябинск, 2004. — Вып. 4. — С. 124−129.

13.Юдина Е. П. Геометрия аттракторов гелей оксигидратов иттрия, подвергшихся воздействию сдвиговых деформаций / Сухарев Ю. И., Крупнова Т. Г., Юдина Е. П. // Известия Челябинского научного центра УрО РАН. — Челябинск, 2004. — Вып. 4. -С. 130−133.

И.Юдина Е. П. Влияние магнитных полей на свойства оксигидратных гелей элементов / Сухарев Ю. И., Крупнова Т. Г., Апаликова И. Ю., Юдина Е. П., Зиганшина K.P. // Новые химические технологии: Производство и применение. Сборник статей 17 Всероссийской научно-практической конференции. — Пенза, 2005. — С.109−111.

15.Юдина Е. П. Эффект запаздывания при воздействии магнитного поля на оксигидратные гели иттрия и железа / Сухарев Ю. И., Крупнова Т. Г., Апаликова И. Ю., Юдина Е. П., Маркус М. В. // Известия Челябинского научного центра УрО РАН. — Челябинск, 2005. — Вып. 3. — С. 60−64.

16. Юдина Е. П. Влияние магнитных полей на свойства оксигидратных гелей железа и иттрия / Сухарев Ю. И., Крупнова Т. Г., Апаликова И. Ю., Юдина Е. П. // Вестник ЮУрГУ, серия «Математика, физика, химия» — Челябинск, 2005. — Вып. 6(46). — С. 73−78.

17. Юдина Е. П. Влияние импульсного магнитного поля на реологические свойства оксигидратных гелей иттрия и железа / Сухарев Ю. И., Крупнова Т. Г., Апаликова И. Ю., Юдина Е. П., Маркус М. В. // Известия Челябинского научного центра УрО РАН. — Челябинск, 2005. — Вып. 3. — С. 54−59.

18.Юдина Е. П. Новые способы синтеза неорганических сорбентов / Крупнова Т. Г., Юдина Е. П., Зиганшина K.P., Маркус М. В. и др. // Сборник статей V Международной конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности» — Пенза: МНИЦ, 2005. — С. 55−57.

19. Юдина Е. П. Реконструкция и моделирование аттракторов динамических систем гелей оксигидратов иттрия и железа / Сухарев Ю. И., Крупнова Т. Г., Апаликова И. Ю., Юдина Е. П. // Всероссийская конференция: Химия твердого тела. Памяти.

Крылова Е. И. Сборник материалов. — Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2005 — 28−29 октября — С. 60−64.

20. Yudina Е.Р. Lag Effect caused by magnetic field acting on yttrium and ferrum oxyhydrate gels / Y.I. Sukharev, T.G.Krupnjva, I.Y.Apalicova, E.P.Yudina // Известия Челябинского научного центра УрО РАН. — Челябинск, 2006. — Вып. 1. — С. 80−85.

1. Обнаружено увеличение сорбционной емкости гелей оксигидрата иттрия,.

нодвергшихея воздействию магнитного поля. 2. Выявлено, гели ОГИ имеют свойство восстанавливать свою структуру после.

облучения (эффект релаксации). Это проявляется как в сорбционных, так и.

термогравиметрических свойствах гелей. 3. Эффект влияния магнитного поля нроявляется не сразу, а спустя некоторое.

время после экспозиции. Оптимальное время выдержки после воздействия.

магнитного поля составляет 1 неделю, при этом наблюдаются максимальные.

значения сорбционной емкости. Магнитное ноле дает толчок процессам. Далее они.

идут во времени, а затем постепенно угасают. Это объясняется заторможенностью.

системы. 4. Было изучено влияние импульсного магнитного поля на оптические.

спектры свежеприготовленных гелей оксигидрата иттрия. Экспозиция образцов в.

поле после синтеза способствует снижению структурной неоднородности гелевой.

среды. Гели оксигидрата иттрия нроявляют нод воздействием импульсного.

магнитного поля обратимые структурные изменения, которые нериодически.

новторяются в процессе экспозиции. 5. При апализе кинетических зависимостей оптической плотности от времени.

обнаружено изменение характера кинетических кривых. Данное явление.

интерпретируется как перемежаемость и является одним из путей перехода системы к.

хаосу. Под воздействием импульсного магнитного ноля в динамической системе геля.

ОГП за достаточно короткий промежуток времени можно наблюдать процессы,.

которые в системах, не подвергшихся воздействию поля протекают довольно долго. 6. Общая вязкость системы в процессе сдвига возрастает. Это объясняется.

тем, что при определенных скоростях сдвига гель переходит в состояние менее.

плотной упаковки, происходит всасывание межмицеллярной жидкости, вследствие.

чего резко увеличивается объем системы, что вызывает увеличение вязкости. Показано, что динамическая вязкость геля носле воздействия магнитного ноля.

возрастает на порядок. Это связано с тем, что ноле интенсифицирует процессы.

деформирования спиралеобразной структуры гелей. Структурообразующие единицы.

геля — пейсмейкеры переходят в менее плотное состояние, увеличивается их размер. 7. В гелях, нодвергнутых воздействию магнитного ноля, затрудняется.

релаксация возникающих в системе напряжений, требуется больше усилий для.

деформирования системыисчезает дилатантная разорванность полных.

реологических кривых.8. Анализ кинетики изменения вязкости ноказал, что время экспозиции в.

магнитном поле оказывает существенное влияние на процессы, происходяш-ие в.

системе. Большее время экспозиции растягивает процесс увеличепия вязкости во.

времени. Квазиравновесное состояние при большем времени экспозиции.

устанавливается при больших скоростях деформации (для 20 минут экспозиции — при.

скорости у — 2,7 с' для 40 минут — при у 5,4 с''). Увеличение размеров.

пейсмейкеров после воздействия поля мешает стабильному уменьшению вязкости во.

времени. 9. Анализ микроструктуры геля ОГИ показал, что структурообразуюш, ими.

фрагментами геля являются круговые концентрационные образования, названные.

пейсмейкерами. После воздействия магнитного поля диаметры и разнообразие форм.

кристаллитных образований увеличивается. Наблюдается квантование радиусов.

пейсмейкеров. 10. Пейсмейкеры рассматриваются с точки зрения автоволновой.

динамической системы. Развитие идет по принципу бифуркации удвоения периодов. С течением времени после воздействия система релаксирует и приходит к состоянию,.

близкому состоянию геля до воздействия.