Наблюдение агломератов в объеме магнитной жидкости
реклама
АГЛОМЕРАЦИЯ НАНОЧАСТИЦ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ Усанов Д.А., Постельга А.Э, Бочкова Т.С., Гаврилин В.Н. Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, E-mail: [email protected] При использовании магнитных жидкостей важно знание её гидродинамических свойств, которые сильно изменяются в процессе агломерации магнитных частиц. Образование агломератов экспериментально исследовалось различными методами. В [1] приведены результаты визуального наблюдения агломератов в объеме магнитной жидкости, магнетитовые частицы которой имели микронные размеры. В настоящей работе рассматривается процесс образования агломератов в магнитной жидкости, магнетитовые частицы которой имеют нанометровые размеры. В ходе выполнения настоящей работы исследована магнитная жидкость, представляющая собой однородную взвесь однодоменных частиц магнетита в керосине, стабилизированных олеиновой кислотой со средним диаметром феррочастиц d=5,5 нм и объемной долей твердой фазы φ=0.1. Эти параметры были определены по методике, описанной в работе [2]. Для получения характеристик агломератов в высушенном слое магнитной жидкости, при значениях индукции магнитного поля, в диапазоне от 0.02 T до 0.13 T, была использована установка, состоящая из двух катушек электромагнита. Полученный под действием поля слой магнитной жидкости высушивался, и исследование размеров агломератов в нем осуществлялось с помощью оптического микроскопа. В результате измерений были определены пороговые значения индукции магнитного поля: 2.5 мT - значение индукции магнитного поля, при котором появляется возможность наблюдать нитевидные агломераты средствами оптической микроскопии (HIROX KH-7700), средние размеры которых составили 5 мкм; 0.1 T - значение индукции магнитного поля, при котором наблюдается резкое увеличение среднего значения длин агломератов. На рис. 1 приведена зависимость длин агломератов от величины магнитного поля в тонком слое магнитной жидкости. 1 Рис. 1 - Зависимость длин агломератов от величины магнитного поля в тонком слое магнитной жидкости Из рис.1 следует, что в диапазоне значений индукции магнитного поля от 0.2 до 0.7 Т по результатам гранулометрического анализа, средние значения длин агломератов практически не изменялись. Исследования частотной зависимости коэффициента отражения СВЧ-излучения в диапазоне 27-34 ГГц от полубесконечного слоя магнитной жидкости, заполняющей поперечное сечение волновода, позволило подтвердить тот факт, что средние размеры агломератов, определенные в результате гранулометрического анализа, изменяются слабо при изменении индукции внешнего магнитного поля в диапазоне от 0.2 до 0.7 Т. В этом диапазоне изменения магнитных полей частотная зависимость коэффициента отражения СВЧ-излучения оставалась практически неизменной. Процесс объединения агломератов иллюстрируется на рис.2. в виде покадровой съемки при увеличении индукции магнитного поля. Рис. 2 - Покадровая съемка образования агломератов 2 Таким образом, было установлено, что процессы агломерации магнитных наночастиц в объеме и тонком слое магнитной жидкости под действием магнитного поля существенно зависят от его величины. Были найдены две пороговые величины индукции магнитного поля. При первом значении индукции магнитного поля (~0.02 мT) наблюдалось прекращение роста длин агломератов, вплоть до индукции магнитного поля 0.1 Т. Дальнейшее увеличение величины индукции магнитного поля приводило к резкому росту размеров агломератов за счет объединения агломератов с меньшими размерами. Момент силы взаимодействия частиц, возникающий при броуновском движении, меньше момента силы приложенного магнитного поля, что не позволяет образовываться агломератам, длиной более 38 мкм до значения индукции магнитного поля 0.1 Т. При превышении значения 0.1 Т величины индукции магнитного поля, влияние броуновского движения становится меньше влияния магнитного поля, что способствует преобладанию процесса образования более длинных агломератов за счет объединения агломератов меньших размеров, под действием магнитного поля от внешнего источника. Библиографический список 1. Д.А. Усанов, А.В. Скрипаль, С.А. Ермолаев. Визуальное наблюдение агломератов в объеме магнитной жидкости. // Письма в ЖТФ. 1995. Т. 21, вып.22. С.82-85 2. Д.А. Усанов, А.Э. Постельга, С.В. Алтынбаев. Определение параметров магнитной жидкости по температурной зависимости сверхвысокочастотного спектра отражения. // ЖТФ. 2013. Т. 83, вып.11. С.30-33 3 Сведения об авторах Усанов Дмитрий Александрович, д. ф.-м. н., профессор, заведующий кафедры физики твёрдого тела Саратовского государственного университета, дата рождения: 24.07.1943 Постельга Александр Эдуардович, к. ф.-м. н., доцент кафедры физики твердого тела Саратовского государственного университета, дата рождения: 14.08.1980 Гаврилин Владимир Николаевич, аспирант кафедры физики твёрдого тела Саратовского государственного университета, дата рождения:01.07.1990 Бочкова Татьяна Сергеевна, аспирант кафедры физики твёрдого тела Саратовского государственного университета, дата рождения: 09.09.1990 Вид доклада: устный 4
