Межчастичные взаимодействия и микроструктура магнитных жидкостей

• Автор: Лахтина, Екатерина Владимировна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 132 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ: АГРЕГАТЫ В МАГНИТНЫХ
ЖИДКОСТЯХ
1.1. Предположения относительно микроструктуры ферроколлоидов
1.2. Магнитные свойства феррожидкостей и проблема учета диполь-диполъных меэ/счастичных взаимодействий
2. МЕТОДИКА И ДЕТАЛИ ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Измерения динамической восприимчивости
2.2. Определение статической магнитной восприимчивости
2.3. Измерения плотности и вязкости магнитной жидкости
2.4. Измерение кривой намагничивания
3. КЛАСТЕРНЫЙ АНАЛИЗ МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ
4. МИКРОСТРУКТУРА МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ: ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И КОНЦЕНТРАЦИИ МАГНИТНОЙ ФАЗЫ
5. МАГНИТНЫЕ ЖИДКОСТИ, СОДЕРЖАЩИЕ РАСТВОРЕННЫЕ ПРИМЕСИ
5.1. Влияние изопропилового спирта на восприимчивость
и микроструктуру ферроколлоида

5.2. Влияние свободной олеиновой кислоты на восприимчивость и микроструктуру ферроколлоида
5.3. Магнитные жидкости с примесью полимерных молекул
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Диссертационная работа посвящена исследованию межчастичных взаимодействий и процессов агрегирования в магнитных жидкостях. Магнитные жидкости или ферроколлоиды - это коллоидные растворы ферро-или ферримагнитных частиц в жидком немагнитном носителе. Они были синтезированы в 60-х годах прошлого столетия в связи с необходимостью получить вещества, сочетающие магнитные свойства и высокую текучесть. Эффективная вязкость магнитных жидкостей варьируется в пределах 0.01-4 Пз, а начальная магнитная проницаемость в диапазоне 1-4 О2 единиц СИ.
Чаще всего при синтезе магнитных жидкостей в качестве дисперсионной среды используются углеводороды, кремний- и фторорганические жидкости и вода, а в качестве дисперсной фазы - магнетит, кобальт и железо. Частицы дисперсной фазы должны быть достаточно мелкими (порядка 10 нм) для того, чтобы тепловое движение молекул жидкости-носителя не позволяло им осаждаться в поле тяжести. Такие частицы являются однодоменными и величина их магнитного момента постоянна (не зависит от внешнего магнитного поля и взаимодействия с соседними частицами). Ферроколлоиды широко используются в современных технологиях: в вакуумных уплотнителях - для герметизации ввода вращающихся валов, в жидких подшипниках, амортизаторах, демпферах и антифрикционных узлах, в рабочем зазоре громкоговорителей, в ультразвуковой дефектоскопии, в качестве несущего вещества магнитогидростатических сепараторов (для разделения немагнитных частиц по плотности); в медицине в качестве магнитоуправляемого транспортирующего и рентгеноконтрастного вещества и для гипертермии опухолей. Очевидно, что в связи с серьезностью и важностью перечисленных приложений к магнитным жидкостям предъявляются требования высокой стабильности и однородности свойств.

этой теории (например, [63]) отмечают, что эффекты, связанные с кооперативным магнитным переходом в дипольном стекле на два-три порядка сильнее, чем наблюдается в магнитных жидкостях. Объясняется это тем, что в магнитной жидкости частицы обладают ещё и трансляционными степенями свободы. В то же самое время, авторам [64] удалось показать, что максимум на температурной зависимости восприимчивости связан с широким спектром времен релаксации частиц в реальных полидисперсных жидкостях и может быть объяснен в рамках одночастичной модели с учетом полидисперсности. Уширение кривой распределения частиц по размерам приводит к увеличению намагниченности коллоида, то есть к тому же результату, что и магнитодипольное взаимодействие, и тем самым маскирует его [48, 65].
Формулы для намагниченности с учетом естественной полидисперсности

ферроколлоидов записываются следующим образом: М - п (х)ск,

где /(х) - плотность распределения частиц по размерам. Их этой формулы следует в случае слабых полей
М = {т2)пН, (1.6)
в случае сильных полей
М - (т)п - (1.7)
где угловые скобки означают усреднение по ансамблю.
В случае жидкостей с достаточно слабым взаимодействием между частицами (например, разбавленные жидкости), одночастичная модель с учетом полидисперсности дает отличное согласование с экспериментом [64, 65, 66]. В работе [67] авторы описали равновесную намагниченность концентрированных магнитных жидкостей как систему полидисперсных твердых сфер. Показано, что уширение распределения частиц по размерам приводит к росту начальной восприимчивости уже в случае использования