Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис.1Схема установки.
Рис.2. Алюминиевый электрод (изображение обработано в Adobe Photoshop 7).
Рис. 3. Алюминиевый электрод, покрытый слоем оксида алюминия.
Рис. 4. Мощные вспышки в щелочной среде.

Рис.5
Рис.6
Рис.7
Рис.8
Рис.9
Рис.10
Рис. 11. График зависимости напряжения на электродах с добавлением ионов нитрата кобальта (после снятия внешнего напряжения) от времени.

Свет из наномира

Ключевые слова:  Интернет-олимпиада, проект, учителю

Автор(ы): Медведева Светлана Юрьевна

Опубликовал(а):  Шушарина Анастасия Леонидовна

01 ноября 2010

Для того, чтобы увидеть яркое плазменное свечение, вовсе не обязательно наличие дорогих установок или мощных электрических разрядов. Достаточно напряжения 220 В, двух алюминиевых электродов, обработанных специальным образом, и стакана с водопроводной водой.

Я расскажу Вам об одном красивом опыте, аналогов которого в изученной литературе я не нашла. Идея постановки этого опыта возникла на основе литературных данных. Использование алюминия для электродов оправдано тем, что пористый оксид алюминия обладает уникальной структурой, позволяющей изготавливать столбиковые, нитевидные, точечные, конусообразные и другие элементы с нанометровыми размерами[2].

Известно, что на основе гидроокиси алюминия можно получать различные упорядоченные пористые структуры[1,2], которые могут использоваться для формирования металлических и полупроводниковых квантовых точек и нитей[2]. На основании этих данных возникло предположение о возможности получения структур на основе пористого оксида алюминия с ионами металлов нанометрового размера, способных излучать в оптическом диапазоне.

Опыт состоит в следующем:

Вначале в стакан с водопроводной водой (pH≈7, солесодержание 970 мг./л.) я опустила алюминиевые электроды, с помощью зажимов подала на электроды сетевое напряжение 220 В (рис.1). При этом наблюдалось выделение пузырьков газа и образование плёнки оксида алюминия. Когда образовался слой гидроокиси алюминия толщиной примерно 2 - 3 мм. (рис. 2,3), на электроды нанесла нитрат кобальта. Нитрат кобальта получала растворением кобальтовых пластинок в концентрированной азотной кислоте. Затем, через некоторое время после подачи напряжения наблюдалось появление мелких слабых вспышек (рис. 5), но через несколько секунд частота и интенсивность вспышек возросла.

При измерении потенциала на электродах было обнаружение наличие Э.Д.С., изменяющееся по величине в виде «волны» (рис. 11). Обнаружено очень слабое свечение всего объёма гидроокиси алюминия в водопроводной воде при длительном стоянии электродов в рабочем растворе. При определённых условиях вспышки наблюдались периодически, то на одном, то на другом электроде (рис. 6) или только на верхней части электродов (рис. 9). Замечено образование плазменных структур сферической формы (рис. 7, 8, 10). Возникновение вспышек наблюдается в узком интервале pH среды, на определённой модификации оксида алюминия. Таким образом, этот опыт показывает тонкость эксперимента, зависимость явления природы от множества факторов.

После подачи напряжения через некоторое время появляется свечение.

При добавлении в раствор щёлочи резко возрастает интенсивность и мощность вспышек на электродах. После прекращения вспышек наблюдается синее послесвечение регистрируемое визуально.

  1. Structural engineering of nanoporous anodic aluminium oxide by pulse anodization of aluminium/ ed. by W. Lee, K.Schwirn, M. Steinhart, E. Pippel, R. Scholz_Nature Nanotechnology.
  2. Борисенко В. Е., Воробьёва А. И. Наноэлектроника. - Мн.: БГУИР, 2003.– Часть 2

Публикации автора:

  1. Медведева С.Ю., Анцупов И.А.""Изучение возможности получения наноструктур, обладающих оптической активностью на основе гидроокиси алюминия в водных растворах", ХХХIII Научно – практическая конференция Донской Академии Наук Юных Исследователей, 1-е место, Ростов-на-Дону, ЮФУ,Ростов-на-Дону, 2008 г. " // Тезисы ХХХIII Научно – практической конференции Донской Академии Наук Юных Исследователей, 2008, 1 (1), 65 – 65
  2. Медведева С.Ю. Получение оптически активных структур на основе гидроокиси алюминия в водном растворе. Труды 52-й научной конференции МФТИ «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук»: Часть IV. Молекулярная и биологическая физика. Том 2. — М.: МФТИ, 2009. — 194 с.


В статье использованы материалы: Интернет-олимпиада


Средний балл: 10.0 (голосов 2)

 


Комментарии
Владимир Владимирович, 02 ноября 2010 07:03 
Oчень ярко!
аналогов которого в изученной литературе я не нашла.
Скажите, пожалуйста: в чем принципиальная разница с "классикой" ярких электрохимических демонстраций - светящимся огуречком. (Две алюминиевых вилки, и 220 ого-го как мощнее 110. )
Принципиальная разница с "классикой" электрохимических демонстраций состоит в том, что свечение наблюдается строго при определённых условиях: pH среды, наличие ионов металлов и др.
Вспышки наблюдаются при постоянном напряжении только в течении нескольких секунд, а затем исчезают.
В ходе исследований получено слабое фоновое свечение всей поверхности электродов.
Насчёт сходства с опытом "светящийся огуречик" Вы правы, но природа свечения в этих опытах различна.
Владимир Владимирович, 02 ноября 2010 23:51 
Спасибо за ответы!
А какова природа свечения в Вашем случае? Если взять просто алюминиевые электроды и использовать их в достаточно концентрированном растворе электролита разве не будет светиться? Да и с железными электродами и с магниевыми и платиновыми. Роль пористого алюминия в свечении (кроме как, возможно, для придания ощущения должной нано-значимости) весьма непонятна.

Огурчик тоже отнюдь не каждый светит!
Возможное объяснение свечения - электролюминесценция алюминия. Другим объяснением свечения могло бы стать горение водорода, выделяющегося на электродах (визуально наблюдалось выделение пузырьков газа), если бы не противоречие с полученными данными.

Во-первых, интенсивность и характер свечения зависят от того какие соли металлов добавили в раствор.
Во-вторых, свечение наблюдается только на гидроокиси "выращенной" на электродах в водопроводной воде (образуются различные модификации гидроокиси алюминия (ГА)).
В-третьих, при определённых условиях получено постоянное слабое равномерное свечение всей поверхности электрода покрытой ГА.
в-четвёртых, наблюдалось периодическое свечение, то одного электрода, то другого.
Если взять просто алюминиевые электроды опустить их в стакан с водопроводной водой, добавить соль какого-либо металла (например, нитрат серебра или нитрат кобальта) и подать переменное напряжение 200 В, то свечения не будет.
Опыты с железными, магниевыми и платиновыми электродами не проводила, поэтому сказать будет ли с ними наблюдаться данное свечение не могу.
Владимир Владимирович, 03 ноября 2010 02:52 
Если взять просто алюминиевые электроды опустить их в стакан с водопроводной водой, добавить соль какого-либо металла (например, нитрат серебра или нитрат кобальта) и подать переменное напряжение 200 В, то свечения не будет.

Не согласен, будет светиться при достаточной проводимости и наличии солей хотя бы щелочных и щелочноземельных металлов.

И с железными электродами будет, и с другими.
Для тех же огурчиков и металлы электродов не принципиальны, и пытливые люди огурчики в разных солях замачивают для различного свечения.

И периодическое свечение разных электродов с огуречками случается.

И нет ли у Вас научной ссылки про электролюминесценцию алюминия - чрезвычайно наилюбопытно!!
Это часом не микродуговое оксидирование?
Описание свечения оксидных плёнок алюминия есть в статьях:
Иванов В. Ф., Михо В. В. О кинетике электролиминесценции окисных плёнок алюминия. Украинский Физический журнал, Т.-15, №4.
Иванов В. Ф., Михо В. В. . Об электролиминесценции окисных плёнок алюминия. Украинский Физический журнал.
Гриднев А. Е., Чернышев В. В. Спектры люминесценции анодного оксида алюминия в различных электролитах. Вестник ВГУ, Серия: Физика. Математика, 2005, № 2.
Владимир Владимирович, а в чём причина периодического свечения электродов с огурчиками?
Владимир Владимирович, 03 ноября 2010 23:55 
Ага, оксида алюминия - тогда все понятно (есть запрещенная зона, возможна люминесценция).
Спасибо за патриотические ссылки.

В силу моего ограниченного понимания (и ограниченного опыта втыкания вилок в огуречки) свечение - самоусиливающийся процесс в процессе инициации. Если процесс начинается на одном электроде, то продолжается преимущественно там до выгорания активной зоны (электроды корродируют, платину было жалко грязнить).
То есть процесс случайный (ака стохастический), регулярных периодов не наблюдал, но вполне возможно можно найти подходящие условия.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Танцующая магнитная жидкость (видео)
Танцующая магнитная жидкость (видео)

Приглашение на международную конференцию «Сканирующая зондовая микроскопия для биологических систем»
НТ-МДТ Спектрум Инструментс совместно с НИТУ «МИСиС» и компанией ICAPPIC рады пригласить Вас на международную школу-конференцию «Сканирующая зондовая микроскопия для биологических систем» 27-28 ноября 2019 года

Наносистемы: физика, химия, математика (2019, том 10, № 5)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume10/10-5
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Заочный тур по комплексу предметов наноолимпиады открыт
Опубликованы задания заочного тура для школьников 7 - 11 классов по комплексу предметов "химия, физика, математика, биология" XIV Всероссийской Интернет-олимпиады по нанотехнологиям "Нанотехнологии - прорыв в будущее!".

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

Как правильно заряжать аккумулятор?
Д. М. Иткис
Химик Даниил Иткис о том, как правильно заряжать аккумуляторы гаджетов и почему телефон выключается на холоде

Постлитийионные аккумуляторы
В. А. Кривченко
Физик Виктор Кривченко о перспективных видах аккумуляторов, фундаментальных проблемах в производстве литий-серных источников тока и преимуществах постлитийионных аккумуляторов

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.