Формирование структуры в магнитной жидкости при воздействии поляризующего напряжения

• Автор: Морозова, Татьяна Федоровна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Ставрополь
• Количество страниц: 196 с. : ил

3.2. Изменение эффективной диэлектрической проницаемости

как следствие процессов структурирования слоя магнитной жидкости

Глава 4. ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ В ПОСТОЯННОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ

4.1. Эффективная диэлектрическая проницаемость и электропроводность слоя магнитной жидкости в электрическом и магнитном полях

4.2. Электрофизические параметры слоя магнитной жидкости

в различных электродных системах

4.3. Влияние концентрации поверхностно-активных веществ

на диэлектрические свойства слоя магнитной жидкости

4.4. Структурирование слоя магнитной жидкости при изменении дисперсионной среды и концентрации поверхностно-активного вещества
Глава 5. МОДЕЛЬ СЛОЯ ПРИ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СВОЙСТВ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ
5.1. Многофакторная модель поведения слоя магнитной жидкости при изменении внешних воздействий
5.2. Моделирование распределения диэлектрической проницаемости
слоя магнитной жидкости с учетом приэлектродных областей
5.3. Изменения эффективной диэлектрической проницаемости слоя магнитной жидкости как проявление сегнетоэлектрических и электретных свойств
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЯ
ЛИТЕРАТУРА

Достижение указанной цели ставит следующие задачи:
- создание экспериментальной установки для исследования влияния температуры, межэлектродного расстояния, поляризующего напряжения на электрофизические параметры слоев магнитной жидкости;
- исследование зависимости электроемкости, электропроводности и тангенса угла диэлектрических потерь слоя магнитной жидкости и ее компонентов от вышеуказанных воздействий;
- исследование диэлектрической проницаемости слоя магнитной жидкости в электрическом и магнитном полях;
- исследование взаимосвязи структурирования слоя магнитной жидкости с изменениями диэлектрической проницаемости;
- создание математической модели поведения слоя магнитной жидкости при изменении внешних воздействий.
Научная новизна диссертации заключается в следующем:
1. Впервые показано, что подача поляризующего напряжения приводит к нелинейному изменению электроемкости с выраженным максимумом, положение которого определяется межэлектродным расстоянием и концентрацией твердой фазы. Найдены границы нарастания и снижения ее немонотонной зависимости в концентрационном диапазоне магнитных жидкостей от 2 до 14%.
2. Впервые экспериментально установлена взаимосвязь диэлектрических свойств магнитной жидкости с процессом структурирования приэлектродных областей в электрическом и магнитном полях. В концентрационном диапазоне от 2 до 14% вид структурных образований зависит от концентрации твердой фазы, межэлектродного расстояния, свойств дисперсионной среды, воздействия электрического поля различной полярности и дополнительного приложения магнитного.
3. Впервые установлено, что воздействие температуры, не меняя качественного характера изменения электроемкости в поляризующем напряжении, вы-

зывает ее увеличение. Формирование температурного максимума диэлектрической проницаемости наблюдается до 80°С и не зависит от концентрации твердой фазы и свойств дисперсионной среды.
4. Впервые показано уменьшение диэлектрической проницаемости слоя магнитной жидкости при воздействии магнитного поля. Установленный диэлектрический гистерезис позволяет выдвинуть гипотезу о том, что электрическое поле совместно с магнитным “индуцирует” переход слоя магнитной жидкости в состояние, энергетически близкое к сегнетоэлектрическому.
5. Впервые проведено моделирование распределения диэлектрической проницаемости в слое магнитной жидкости, что позволило обосновать взаимосвязь нелинейного изменения электроемкости с процессами изменения структурного состояния приэлектродной области в поляризующем напряжении. Предложены многофакторные математические модели, описывающие диэлектрические свойства слоя магнитной жидкости в поляризующем напряжении при изменении температуры, концентрации и межэлектродного расстояния.
Достоверность представленных в диссертационной работе результатов обеспечивается проведением исследований с использованием апробированных экспериментальных методик, получением представительной выборки экспериментальных результатов (2300 опытов), достаточной для анализа и оценки погрешностей измерений. Сформулированные в диссертации научные положения и выводы обоснованы теоретическими решениями, не противоречащими известным положениям наук физики конденсированного состояния, электрофизики, физики магнитных явлений; согласуются с известным опытом исследования диэлектрических свойств дисперсных систем и процессов их структурирования.
Практическая ценность состоит в том, что полученные результаты экспериментальных исследований слоя магнитной жидкости могут быть использованы при проектировании и модернизации устройств индикации наличия внешних электростатических полей; емкостных датчиков температуры, электрофорезных

С8Н)7СИ~<Л 1(012)7СО - ОТГ. которая своим полярным концом 0'Н+ притягивается к поверхности твердой фазы, образуя на ней плотный молекулярный слой толщиной 6«2 нм. В неполярных дисперсионных средах (керосин, додекан, масла и т.д.) гибкие неполярные концы ПАВ, сродственные жидкости-носителю, направлены от частицы к жидкости [87]. Абсорбционные слои ПАВ могут разрушаться при разбавлении коллоида чистой несущей средой [88] или при добавлении коагуляторов [71, 89]. Отмечена также дестабилизация коллоида при разбавлении чистой несущей средой, которая связывается с десорбцией молекулы ПАВ с поверхности частиц вследствие уменьшения их концентрации в окружающей жидкости [88]. С другой стороны, различный характер связи молекул ПАВ с частицей магнетита (адсорбция или химосорбция) не всегда приводит к неустойчивости коллоида при разбавлении коллоида чистой несущей средой [90]. Устойчивость коллоидов может понижаться и при наличии в несущей среде свободного ПАВ из-за возникновения вытиснительной флокуляции [91-93]. С одной стороны, наблюдаемое в [94, 95] образование микрокапельных агрегатов феррочастиц при разбавлении коллоида раствором ПАВ, легко деформирующихся в слабых магнитных полях, связывают с проявлением осмотических сил избытка ПАВ. В целях повышения устойчивости ферроколлоида рекомендуется удаление свободного ПАВ. С другой стороны, при сближении магнитных частиц, покрытых слоем длинноцепных молекул ПАВ, возникает сила отталкивания, называемая стерической. При пересечении оболочек длинные молекулы ПАВ искривляются, повышается их локальная концентрация; искривление молекул требует определенных энергетических затрат и препятствует сближению частиц. Повышение локальной концентрации молекул ПАВ приводит к увеличению осмотического давления в оболочке и также предотвращает объединение частиц. В этом случае, энергия стерического отталкивания определяется по формуле: