Магнитные свойства феррожидкостей с цепочечными агрегатами

• Автор: Менделев, Валентин Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 136 с. : ил.

1 Современное состояние представлений о микроструктуре феррожидкостей: эксперименты и модели
1.1 Феррожидкости и их свойства
1.2 Микроструктура феррожидкостей
1.3 Цепочечные агрегаты в феррожидкостях
1.4 Теоретические модели феррожидкостей
1.5 Теоретические модели феррожидкостей, с цепочечными агрегатами
1.6 Основные результаты главы
2 Модель гибких цепочек
2.1 Основные приближения модели гибких цепочек
2.2 Построение функционала плотности свободной энергии
2.3 Минимизация функционала плотности свободной энергии
2.4 Статистическая сумма гибкой цепочки феррочастиц
2.5 Статистическая сумма димера феррочастиц
2.6 Статистическая сумма цепочки из п феррочастиц в слабом
магнитном поле
2.7 Статистическая сумма цепочки из п феррочастиц во внешнем магнитном поле произвольной напряженности
СК-

2.8 Статистическая сумма гибкой цепочки при учете взаимодействий неближайших соседей
2.9 Основные результаты главы
3 Микроструктура и магнитные свойства феррожидкостей
с цепочечными агрегатами
3.1 Дальние корреляции между феррочастицами
3.2 Структура цепочечных агрегатов в магнитном поле
3.3 Магнитные свойства феррожидкостей с цепочечными агрегатами
3.4 Основные результаты главы
4 Магнитные свойства лабораторной феррожидкости и модель гибких цепочек
4.1 Экспериментальные феррожидкости
4.2 Метод анализа результатов измерений
4.3 Магнитные свойства экспериментальных феррожидкостей
4.4 Основные результаты главы
Заключение
Литература

В последнее время многие научные коллективы занимаются получением новых материалов с управляемыми свойствами. Такие материалы активно используются в самых разных технологиях (при строительстве, производстве металла, в различных приборах и т.д.). Одним из видов материалов с управляемыми свойствами являются коллоидные взвеси различной природы. В зависимости от температуры, количества коагулянта и других условий коллоиды значительно меняют свои параметры, что находит обширное применение в современной технике и обыденной жизни. Примерами наиболее широко используемых взвесей могут служить всевозможные лаки, краски, желеобразные вещества, полимерные латексы, а также кровь, биологическая плазма, нефть и др.
Сравнительно недавно (в 60-х годах прошлого века) были впервые получены устойчивые коллоидные суспензии частиц ферримагнитного материала (магнетита) в жидкой матрице. Такие суспензии получили название феррожидкостей (ФЖ), ферроколлоидов (ФК) или магнитных жидкостей (МЖ). Дисперсная частица ферроколлоида обычно имеет размер порядка 10 нм, что означает ее однодоменность, следовательно наличие собственного магнитного момента, величина которого зависит от диаметра частицы и используемого магнитного материала.
Главной особенностью магнитных жидкостей является их способность значительно взаимодействовать с внешним магнитным нолем в сочетании с высокой текучестью. Феррожидкости являются парамагнетиками, однако, их магнитная восприимчивость в сотни раз превышают таконой фазы предполагается низкой. Это позволяет считать, что цепочки расположены на большом расстоянии друг от друга, и, поэтому, взаимодействием между цепочками можно пренебречь (в ходе работы будет показано, что данное приближение справедливо при концентрациях магнитного носителя менее 7%).
Для продолжения работы необходимо более точно определить понятие «цепочка». Рассматривается только обратимая агрегация, при которой процесс образования цепочечных агрегатов считается термодинамически равновесным.
Можно выделить два определения цепочечного агрегата:
1. Цепочкой считается совокупность частиц, расположенных вдоль жордановой кривой, причем частицы касаются друг друга, либо находятся на бесконечно малом расстоянии друг от друга.
2. Две частицы считаются связанными, если энергия взаимодествия между ними превышает некое пороговое значение.
Первый критерий цепочки обычно используется при анализе изображений ферросистем, полученных при помощи электронной или атомной силовой микроскопии.
Энергетический критерий позволяет считать связанными только агрегаты частиц, которые ведут себя как единый структурный элемент и коррелированным образом реагируют на внешнее магнитное ноле, что не обязательно имеет место при прямом контакте между частицами. Чтобы агрегат был устойчивым, энергия диполь-днпольного взаимодействия должна значительно превышать тепловую. При этом, нужно определить пороговое значение энергии взаимодействия начиная с которого частицы считаются связанными. В настоящей работе используются данные численного моделирования [5], которое показывают, что при А < 2 фер-