Цепочечные агрегаты в полидисперсных магнитных жидкостях

• Автор: Канторович, Софья Сергеевна
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 176 с.

1 Современное состояние экспериментальных и теоретических исследований по магнитным жидкостям

1.1 Магнитные жидкости: структура и свойства

1.2 Первые теоретические модели магнитных жидкостей

1.3 Квазисферические рыхлые агрегаты и фазовое расслоение

в магнитных жидкостях

1.4 Цепочечные агрегаты в магнитных жидкостях

I 1.5 Магнетореологические и магнетооптические свойства магнитных жидкостей

1.0 Основные результаты главы

2 Функционал свободной энергии системы цепочечных агрегатов в модельной бидисперсной жидкости

2.1 Построение функционала

2.2 Перенормировка функционала

2.3 Статистическая сумма цепочки
2.4 Алгоритм перебора цепочечных агрегатов
2.5 Уточненная постановка задачи
2.0 Основные результаты главы

3 Структура цепочечных агрегатов в бидисперсной систе-

ме, моделирующей реальные феррожидкости
3.1 Бидисперсное распределение
3.2 Минимизация функционала
3.3 Основные классы цепочечных агрегатов . .
3.4 Эффект отравления
3.5 Эффективные характеристики бидисперсной системы
3.6 Основные результаты главы
4 Реологические, оптические и магнитные свойства феррожидкостей с цепочечными агрегатами
4.1 Магнитовязкий эффект
4.2 Магнитное двулучепреломление
4.3 Поведение магнитных жидкостей в скрещенных магнитных полях
4.4 Основные результаты главы
Заключение
Литература

"Суперпарамагнитной" однодоменная частица называется, если время релаксации ее магнитного момента мало по сравнению со временем измерения [1, 2]. Для покоящейся частицы это условие выполняется в том случае, когда энергия магнитной анизотропии невелика по сравнению с тепловой энергией, и перемагничивание частицы не сопровождается преодолением высокого потенциального барьера. Магнитный момент такой частицы достаточно свободно флуктуирует внутри нее относительно кристаллографических осей. В пределе малой энергии анизотропии ансамбль суперпарамагнитных частиц во внешнем поле ведет себя подобно парамагнитному газу с той единственной разницей, что магнитные моменты частиц на несколько десятичных порядков превышают магнитный момент отдельного атома.
Однодоменные частицы, взвешенные в жидкой матрице, могут быть супернарамагнитными независимо от величины магнитной анизотропии. Наличие вращательных броуновских степеней свободы полностью устраняет влияние последней на равновесные свойства системы [3]. Типичными и весьма распространенными примерами таких систем суиерпа-рамагнитных частиц являются магнитные коллоиды, известные также под названиями "ферроколлоиды", "феррожидкости", "магнитные жидкости". Эти системы представляют собой устойчивые коллоидные взвеси частиц ферро- и ферримапштных материалов в жидких носителях. Характерные значения диаметров магнитных частиц составляют ~ 10 им, что оказывается меньше границы однодоменности. При таких размерах
действовать момент сил До[т х Н], изменяющий состояние ее вращения. Как следствие этого, возникает момент сил трения 6?/щ (Г2 — щ?), где г/ - вязкость суспензии, а V/, - гидродинамический объем частицы. Таким образом, магнитное поле "включает" механизм вращательной вязкости. Заметим, что если частица не шарообразна, то поле затрудняет ее обтекание уже симметричным (безвихревым) потоком. В этом случае появляются дополнительные коэффициенты вязкости, зависящие от формы частиц и напряженности ноля. Для суспензии эллипсоидов вращения, намагниченных вдоль осей симметрии, тензор вязкости вычислен, например, в работах [152], [153]. Вращательная вязкость достигает своего продельного значения (насыщение), когда "качение" частицы сменяется ее "скольжением" : поле достаточно большой напряженности обеспечивает постоянство ориентации частицы, не давая ей закручиваться вместе с жидкостью.
Ориентирующему влиянию поля (дотН) противодействуют гидродинамические силы (бдидП) и броуновское движение (кТ). Указанные в скобках величины размерности момента сил характеризуют эффективность перечисленных выше факторов. В отсутствии вращательной диффузии полная ориентация магнитных моментов достигалась бы при до тН бтущО, то есть для однодоменных частиц - в полях Н 6г]П/М,оДо- Значения Я ~ 1 кА/м удовлетворяют последнему неравенству при любых разумных значениях П. Отсюда ясно, почему теория вращательной вязкости, не учитывающая теплового движения [154], [155], предсказывает насыщение вязкости уже в очень слабых полях.
Для коллоидных суспензии всегда выполняется условие: