Вязкоупругие свойства магнитных жидкостей

• Автор: Чириков, Дмитрий Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 102 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. НЕРАВНОВЕСНАЯ СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА ФЕРРОЖИДКОСТИ С ЦЕПОЧЕЧНЫМИ АГРЕГАТАМИ
1.1 Основные допущения
1.2 Стационарное распределение цепочек по размерам
1.3 Поток свободных частиц на цепочку
1.4 Эволюция ансамбля цепочек
2. РЕОЛОГИЯ МОНОДИСПЕРСНЫХ ФЕРРОЖИДКОСТЕЙ
2.1 Математическая модель вязкости магнитной жидкости
2.2 Релаксация вязкости
2.3 Зависимость стационарной вязкости от скорости сдвига
2.4 Зависимость времени релаксации эффективной вязкости от величины изменения скорости сдвига
3. РЕОЛОГИЯ БИДИСПЕРСНЫХ ФЕРРОЖИДКОСТЕЙ
3.1 Постановка задачи и модифицированные уравнения
3.2 Магнитная безразмерная свободная энергия
3.3 Стерическая безразмерная свободная энергия
3.4 Результаты
4. ФЕРРОЖИДКОСТИ С КЛАСТЕРНЫМИ ЧАСТИЦАМИ
4.1 Эксперименты
4.2 Теория
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Магнитных жидкостей в природе не существует, все естественные жидкие и газообразные среды очень слабо взаимодействуют с магнитным полем. Тем не менее, известны многочисленные примеры искусственно синтезированных жидких и дисперсных сред, взаимодействующих с магнитным полем из-за своей способности к намагничиванию.
Магнитные жидкости (феррожидкости) представляют собой коллоидные взвеси однодоменных ферромагнитных частиц в немагнитной жидкой среде. Диаметр частиц в типичных феррожидкостях варьируется в пределах 7-20 нм. Чтобы избежать необратимой коагуляции частиц, они покрываются специальными стабилизирующими слоями. В зависимости от типа феррожидкости, эти слои могут состоять из молекул поверхностно активных веществ, или иметь ионную структуру.
Сразу же после первых сообщений о синтезе феррожидкостей в 60-х годах прошлого века, эти системы привлекли большой интерес исследователей и практиков, благодаря богатому набору уникальных свойств, перспективных для многих современных промышленных и биологических технологий. Классическое описание основ физики и методов синтеза феррожидкостей можно найти в книге [1]. Хорошее описание современного состояния дел в науке о феррожидкостях и направлениях их практического применения дано в сборнике [2].
В США работы над созданием магнитных жидкостей начались в начале шестидесятых годов в связи с выполнением программы полета к Луне и выходом человека на лунную поверхность. Одной из задач по обеспечению полета являлась задача о подаче топлива из баков ракеты в двигатели в условиях невесомости.
Была высказана идея сделать топливо намагничивающимся и управлять им с помощью неоднородного магнитного поля. В решении этой задачи самое непосредственное участие принимал Рональд Розенцвейг, который в на-

стоящее время известен своими работами по получению новых типов магнитных жидкостей, исследованию их свойств и течений, применению магнитных жидкостей в технике. Стоит отметить, что Рональд Розенцвейг первый синтезировал устойчивые феррожидкости.
Учеными многих стран написано несколько тысяч работ о свойствах магнитных жидкостей, их движений, о взаимодействии магнитных жидкостей с магнитным полем, о применении магнитных жидкостей в технике, биологии и медицине, зарегистрированы тысячи авторских свидетельств и патентов об устройствах и приборов различного назначения с использованием магнитных жидкостей.
Широко ведутся работы по магнитным жидкостям в научно-исследовательских институтах и университетах многих стран. Столь большой интерес к этой тематике связан с широкими возможностями использования этих жидкостей для разработок новых технологий, создания новых конструкций машин и приборов различного назначения.
Известны работы по конструированию электромагнитных муфт и тормозов, принцип действия которых основан на свойствах магнитных жидкостей увеличивать под действием магнитного поля свою вязкость и «прилипать» к поверхностям магнитной системы. В качестве несущей жидкости использовалось минеральное или кремнийорганическое масло.
Другая область приложений - магнитная смазка, т.е. магнитная жидкость, сделанная на основе смазочных материалов. При этом достаточно намагнитить смазываемый узел и смазка не будет вытекать.
Безусловно, одним из самых замечательных приложений является применение магнитных жидкостей в медицине для направленного транспорта лекарств, приготовленных на их основе, для диагностики и лечения опухолевых заболеваний.
Таким образом, возможность манипулировать при помощи внешнего поля свойствами и поведением феррожидкостей открывает целый ряд их технического и медицинского применения [3-5]. В частности, магнитовязкий

?, сек
Рис. 1.4. То же, что на рис. 1.3, при изменении к от 3 до
/, сек
Рис. 1.5. То же, что на рис. 1.3 при к = 3, отношение у / Ог меняется от 7Т0"3 до 7-10'4.