Микроструктура и магнитные свойства систем суперпарамагнитных взаимодействующих частиц

• Автор: Мехоношин, Владислав Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 151 с. : ил.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Свойства разбавленных систем
1.2. Влияние межчастичных взаимодействий на намагниченность ферроколлоидов
1.3. Микроструктура систем суперпарамагнитных взаимодействующих частиц
1.4. Расслоение системы с магнитодипольными взаимодействиями -фазовый переход первого рода
1.5.0 фазовых переходах второго рода в дипольных системах
1.6. ГИСТЕРЕЗИСНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В СИСТЕМАХ МАЛЫХ ЧАСТИЦ
2. МЕЖЧАСТИЧНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И МАГНИТОГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ФЕРРОКОЛЛОИДОВ
2.1. Выбор функции распределения
2.2. Учет магнитодипольных межчастичных взаимодействий
2.3. Детали эксперимента и методика обработки данных
2.4. Результаты эксперимента
3. ВЛИЯНИЕ МЕЖЧАСТИЧНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ НА НАМАГНИЧЕННОСТЬ ОТВЕРЖДЕННЫХ СИСТЕМ
3.1. Детали эксперимента и кривые намагничивания
3.2. Расчетная модель
3.3. МЕЖЧАСТИЧНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
3.4. Результаты расчета и сравнение с экспериментом
3.5. Гранулометрический анализ отвержденных ферроколлоидов
4. РАВНОВЕСНАЯ НАМАГНИЧЕННОСТЬ СИСТЕМЫ СУПЕРПАРАМАГНИТНЫХ ЧАСТИЦ: ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
4.1. Метод Монте-Карло и постановка задачи
4.2. Равновесная намагниченность при умеренных значениях ПАРАМЕТРА АГРЕГИРОВАНИЯ
4.3. Микроструктура магнитной жидкости
4.4. Намагниченность отвержденных систем и роль поступательных степеней свободы частиц
4.5. О фазовых переходах в магнитных жидкостях
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Понятие «суперпарамагнитные частицы» было введено Бином и Якобсом в 50-е годы. Согласно определению авторов, однодоменная частица является суперпарамагнитной, если время релаксации ее магнитного момента мало по сравнению с временем измерения [1,2]. Для частицы, вмороженной в твердую немагнитную матрицу, это условие выполняется, если энергия магнитной анизотропии невелика по сравнению с тепловой и перемагничивание частицы не связано с преодолением высоких потенциальных барьеров. В этом случае магнитный момент частицы более или менее свободно флуктуирует относительно кристаллографических осей. Хотя магнитная анизотропия таких частиц оказывает существенное влияние на намагниченность ансамбля, но кривая намагничивания остается безгисгерезисной, а сама намагниченность равновесной. В пределе малой энергии анизотропии ансамбль суперпа-рамагнитных частиц ведет себя во внешнем поле аналогично парамагнитному газу с той только разницей, что магнитные моменты однодоменных частиц на три-четыре порядка превышают магнитный момент отдельного атома. Однодоменные частицы, помещенные в жидкую матрицу, могут быть супер-парамагнитными независимо от величины магнитной анизотропии. Наличие вращательных степеней свободы частиц полностью устраняет влияние последней на равновесные свойства системы [3]. Типичными (и наиболее распространенными) представителями систем суперпарамагнитных частиц являются ферроколлоиды - коллоидные суспензии однодоменных ферро- или ферримагнитных частиц с характерным размером до одного, двух десятков нанометров. Эти коллоиды могут находиться как в жидком (магнитные жидкости), так и в отвержденном состоянии. В отличие от грубодисперсных суспензий магнитные жидкости седиментационно устойчивы благодаря интенсивному броуновскому движению частиц и присутствию на их поверхности защитных оболочек. Свойства магнитных жидкостей могут оставаться неизменными в течение многих лет. В отвержденных ферроколлоидах суперпа-

магнитную) структуру. По данным [22] для малых ферритовых частиц толщина б этого слоя коррелирует с константой магнитной анизотропии и для частиц магнетита равна примерно 0.8 нм. Такая же оценка для б была получена ранее в [20] и используется нами в данной работе. Магнитогранулометрический анализ позволяет найти только диаметр "магнитного ядра" частицы, который меньше истинного диаметра на величину 25.
Другими возможными источниками систематических и случайных погрешностей являются конечная разрешающая способность электронного микроскопа, ошибки при измерении намагниченности и несовершенство методики обработки кривых намагничивания. Несовершенство методики заключается, в первую очередь, в пренебрежении межчастичными взаимодействиями. Ниже предлагается модифицированный вариант этой методики, позволяющий, по нашему мнению, повысить достоверность получаемых результатов. Проверка методики проводилась на коллоидных растворах магнетита в жидких углеводородах. Растворы приготовлялись в лабораторных условиях стандартным методом химического осаждения [4]. Стабилизатором служила олеиновая кислота.
2.1. Выбор функции распределения
С формальной точки зрения определение дисперсного состава частиц есть ни что иное, как определение плотности распределения /{х ) из интегрального уравнения (1.4) или подобного ему при условии, что функция М(Н) известна. Применительно к реальным условиям эта задача некорректна, т.к. функция М{Н) известна всегда только приближенно (из-за конечной экспериментальной погрешности) и только для относительно небольшого числа точек (задана в виде таблицы). Эта принципиальная трудность преодолевается тем, что на функцию _/(х) накладываются те, или иные дополнительные (но вполне разумные) ограничения. Как правило, считается, что эта функция принадлежит двухпараметрическому семейству. Так,