Фазовое расслоение магнитных жидкостей

• Автор: Иванов, Алексей Олегович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 295 с. : ил.

АННОТАЦИЯ
В диссертационной работе изложены материалы теоретических исследований различных аспектов явления концентрационного фазового расслоения магнитных жидкостей. Развита статистическая модель полидисперсной феррожидкости, в которой на базе термодинамической теории возмущений учитываются межчастичные диполь-дипольные взаимодействия магнитных моментов феррочастиц в присутствии внешнего магнитного поля. Полученные выражения для магнитостатических характеристик успешно описывают экспериментальные данные.
В рамках сформулированной модели исследована равновесная фазовая устойчивость однородной магнитной жидкости при понижении температуры, усилении напряженности внешнего поля и увеличении концентрации электролита. Построены фазовые диаграммы концентрационного фазового перехода и определены параметры сосуществующих фаз в зависимости от реальной степени полидисперсности.
Построена кинетическая теория процесса фазового расслоения магнитных жидкостей, описывающая зарождение и дальнейшую нелинейную эволюцию системы капельных агрегатов, в том числе при наличии внешнего магнитного поля. Развит метод получения асимптотических решений соответствующих кинетических задач для промежуточной стадии фазового перехода, на основании которого сформулированы универсальные законы эволюции метастабильной системы.

Оглавление
Список используемых обозначений
Ведение
1 Магнитные жидкости: структура и свойства
1.1 Микроскопическая структура магнитных жидкостей
1.2 Магнитные свойства
1.3 Структурные превращения в магнитных жидкостях
1.4 Выводы
2 Статистическая термодинамика магнитных жидкостей
2.1 Термодинамическая теория возмущений
2.2 Магнитостатические свойства магнитных жидкостей в
термодинамической теории возмущений
2.3 Градиентная броуновская диффузия феррочастиц
2.4 Выводы
3 Фазовое расслоение магнитных жидкостей: влияние температуры, магнитного поля и избыточного электролита
3.1 Методы анализа условий фазового расслоения МЖ
3.2 Фазовая устойчивость монодисперсной магнитной жидкости

3.3 Полидисперсность и фазовое расслоение магнитных жидкостей
3.4 Фазовое расслоение ионных феррожидкостей: влияние избыточного электролита
3.5 Выводы
4 Кинетика образования сферических капельных агрегатов в магнитных жидкостях
4.1 Кинетическая теория фазовых переходов
4.2 Этап нуклеации
4.3 Промежуточная стадия фазового перехода
4.4 Влияние размера критического зародыша на кинетику промежуточной стадии фазового перехода
4.5 Эволюция системы зародышей, растущих в нелинейном диффузионном режиме с флуктуирующими скоростями
4.6 Выводы
5 Кинетика фазового расслоения магнитных жидкостей,
индуцированного внешним магнитным полем
5.1 Форма и рост капельного агрегата
5.2 Частота нуклеации
5.3 Эволюция системы капельных агрегатов
5.4 Эффективные макроскопические свойства МЖ в процессе расслоения
5.5 Выводы
Заключение
Литература

для сильноконцентрированной МЖ с намагниченностью насыщения М0о = 87 к А/м
Другим вариантом использования методов статистической механики является учет межчастичных взаимодействий на базе термодинамической теории возмущений (ТТВ). Исторически первой попыткой использования ТТВ для описания термодинамических свойств МЖ явились работы Каликманова [40, 41], в которых была развита ’’двухуровневая” модель МЖ (молекулы жидкости - дисперсные феррочастицы). Рассмотрены случаи слабых и сильных магнитных полей. К сожалению авторам не удалось избежать необоснованных допущений и досадных ошибок. Так в этих работах сделан неверный вывод о том, что магнито-дипольные взаимодействия ’’замораживают” систему магнитных моментов феррочастиц в МЖ и уменьшают начальную магнитную восприимчивость в сравнении с ланжевенов-ской. Значительно позже был представлен исправленный вариант модели [42], в котором были устранены первоначальные неточности.
Более успешными оказались оказались наши попытки конца 80-ых годов использовать разложение конфигурационного интеграла статистической системы феррочастиц по методу Браута [39], представленные в [43]-[46]. Фактически в этих работах впервые была теоретически просчитана кривая намагничивания МЖ во всем диапазоне полей без использования эмпирических допущений МЭП. Оказалось, что магнито-дипольные взаимодействия приводят к существенно более быстрому росту намагниченности в слабых и промежуточных полях, наибольшее влияние приходится на область промежуточных полей (а ~ 1). Кроме того, в рамках модели оказалось возможным исследовать другие термодинамические свойства в промежуточных по величине магнитных полях: построить фазовые диаграммы [45, 46]; исследовать процесс градиентной броуновской диффузии в концентрированных МЖ [47]; проанализировать условия образования кон-