WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Результаты опытов с образцом № 6 представлены на рис.5. Кривая 1 построена по данным гранулометрического анализа без учёта цепочек. Наиболее вероятной причиной расхождения между экспериментальными данными и кривой 1 является погрешность в величине . Небольшое уменьшение величины позволяет очень хорошо согласовать экспериментальную и расчётную кривые. Расхождение параметров распределения, определенных двумя разными способами является небольшим и не принципиальным. Результаты расчёта ЭДС, проведённые в предположении, что все крупные частицы с x > x* объединены в цепочки, которые содержат по q = 3,3 частицы, представлены в виде штриховой линии. Расчёт проведён по формулам (1), (2) и (4). Данная кривая проходит существенно выше экспериментальных точек. Очевидно, что в реальных магнитных жидкостях цепочки не являются доминирующим типом кластеров. Конкуренция меж2 ду кластерами различной структуры приводит к уменьE, мкВ шению числа цепочек. Кроме того, ослабление роли цепочек может быть вызвано экранировкой магнитодипольных взаимодействий в концентрированных растворах. Наличие в растворе мелких частиц усиливает экранировку. По этим H, кА/м двум причинам влияние цепо0 4 8 12 16 Рис. 5. Зависимость Е(Н) образца № 6. Точки - экспечек на физические свойства римент, сплошные линии – расчёт по формулам (1), (2) без учёта цепочек, но с разными параметрами концентрированных МЖ окараспределения, штриховая линия – с учётом цепочек.

зывается слабым.

Эффект экранировки уменьшается с уменьшением концентрации магнитной фазы в растворе, роль цепочек оказывается более заметной и их можно обнаружить.

Эти ожидания подтвердились для образца № 1 (рис. 6). Экспериментальная кривая Е(H) для образца № 1 на начальном участке имеет острый максимум, характерный для цепочечных агрегатов. Сплошная линия 1 на рис. 6 рассчитана по формулам (1), (2) и хорошо описывает экспериментальные точки в области сильных полей. В области слабых полей расчётная кривая 1 растёт монотонно, в то время как экспериментальная кривая образует острый максимум. Расчёт намагниченности по формуле (4) в предположении, 3 0 0 E, мкВ что в цепочки объединены все частицы, для которых параметр агрегирования > 3, 2 0 подтверждает существование острого максимума, но приводит к двукратному завы1 0 шению сигнала по сравнению с экспериментальными значениями (штриховая лиH, кА/м ния 3). Причины, по которым 0 2 4 6 8 1 влияние цепочек на сигнал в Рис. 6. Зависимость Е(Н) для образца № 1. Точки - экс- скрещенных полях оказываперимент, сплошная линия – расчёт по формулам (1), ется ослабленным прежние – (2) без учёта цепочек, штриховая линии – с учётом это существование квазисфецепочек. Кривая 2 соответствует * = 0,018, 3 – 0,16.

рических кластеров и экранирующее действие мелких частиц. Подбор порогового диаметра x* (или *) позволяет точно описать всю экспериментальную кривую Е(H). Кривая 2 на рис. 6.

получена при * = 0,018. Наилучшее согласование экспериментальных и теоретических кривых наблюдается при длине цепочек q = 3,3. Расхождение в величине * на порядок показывает противоречивость цепочечной модели, не учитывающей существование кластеров с другой структурой, нежели линейные цепочки. Эти кластеры частично компенсируют воздействие цепочек на равновесную намагниченность. С другой стороны, значение * = 0,018, позволяющее формально описать экспериментальную кривую в рамках цепочечной модели, очевидно, занижено, т.е. учитывает только некомпенсированную часть вклада существующих цепочек.

Глава 5 посвящена динамике МЖ в скрещенных полях на повышенных частотах.

Переменная составляющая поля мала и можно воспользоваться линеаризованным dM x,y уравнением релаксации: (Марценюк М. И., Райхер Ю. Л., = - (M - M0 )x, y dt x, y Шлиомис М. И. // ЖЭТФ. 1973). Времена релаксации x и y для продольной и поперечной компонент намагниченности в приближении разбавленных растворов описываются уравнениями:

L'( ) 2L( ) 3V. (5) =, =, = x B y B B L( ) - L( ) кТ Здесь BB – время вращательного броуновского движения частиц, V – их объём.

Раскладывая равновесную намагниченность в ряд по степеням поля h, получим:

M 1 M (H0 ) y, = - - h M y t Hy h2 M M M x. (6) = M - M (H0 ) - - x t 2H0 H H H =H x Подставим выражение для поля h = h0 cos t в (6), получим:

h0 M M cos(2t - ) M = M (H0 ) + - 1+, x 2 4H0 H H H =H1+ x tg = 2. (7) x С учётом поперечного размагничивающего фактора:

2 20NS h0 H0(1+ 22 ) M0 My - E0(H0) = (8) 2 2 H0 H0.

1+ 42 [(2H0 + M0)2 + 4H02 ] x y Сравнение частотных зависимостей (8) с данными эксперимента позволяет получить информацию о характерных временах релаксации.

Формулы (5) быть использованы только для разбавленных растворов. Кроме того, в этих выражениях присутствует микроскопическая величина – m. В виду полидисперсности МЖ характеризуется спектром времён релаксации, а не одним B.

BB Таким образом, детальное соответствие уравнения (8) данными эксперимента невоз- можно, однако их сопоставление позволяет оценить степень влияния межчастичных взаимодействий и полидисперсности на релаксационные процессы в МЖ.

Для оценки времён релаксации по формулам (5) выразим времена релаксации x, y через М и Н – макроскопические величины. Используя выражение для намагниченности в одночастичном приближении M = mn L(), получим:

H M 2M (9) = B, = B.

x y M H 30H - M В пределе разбавленных растворов формулы (9) переходят в уравнение (5), но они могут быть экстраполированы формально на концентрированные коллоиды. В малых полях времена релаксации должны стремиться к броуновскому значению, которое в системе невзаимодействующих частиц не зависит от внешнего поля.

Исследовались три обE(f), мкВ разца МЖ с различным дисперсным составом и концентрацией магнитной фазы. При вычислении по формуле (8) были получены результаты, существенно 500 расходящиеся с экспериментальными данными, разница увеличивается с f, кГц 0 1 2 3 4 5 6 увеличением частоты. СовРис. 7. Частотная зависимость сигнала при Н0=220 А/м.

Сплошная линия – расчёт в квазистатическом прибли- падения удаётся добиться жении, точки – эксперимент (образец № 1) только на частотах (f < 100 Гц). Это соответствует характерному времени релаксации ~ 1 мс. Можно предположить, что такое время релаксации связано с квазисферическими агрегатами, которые выполняют роль зародышей капельных агрегатов. График (рис.7) показывает, что выражение (1) соблюдается лишь при очень низких (~ 10 Гц) частотах, далее Е(f) испытывает излом и в дальнейшем Е(f) вновь растёт по линейному закону. Поведение квазисферических агрегатов таково, что они выключаются из коллективного движения на высокой частоте и существенно не влияют на полезный сигнал на частотах 1–10 кГц. При наблюдении данного образца в оптический микроскоп действительно обнаружены капельные агрегаты.

В дополнение к зависимостям Е(f) измерены фазовые сдвиги между E(t) и h(t).

При « 1 ЭДС прямо пропорциональна частоте и равна: E(t) = E0 (H,) sin 2t.

~ При увеличении частоты: E(t) = E (H0,) sin(2t - ). При больших ЭДС угол и время запаздывания з можно наблюдать осциллографическими методами. При частотах «1 время з и связано с х: = arctg2 = 2 Опыты показали, x з что образцов № 1 и № 2 не существенный. образце № 3 оказался большим и достиг значения 45° на частоте фазовый угол, грд 500 Гц (рис.8). При увеличении 40 подмагничивающего поля запаздывание существенно снижается. Время запаздывания в этом случае оказывается равно з =x=0,13 мс. Поскольку магнитное поле невелико, значением f, кГц 0,13 мс можно оценить и время Рис.8. Угол фазового запаздывания. Образец № 3 при броуновской релаксации. Тогда Н0 = 450 А/м можно воспользоваться выражением 5 для оценки характерных размеров броуновских частиц x ~ 65 нм. Такой размер соответствует цепочечным агрегатам из 3 - 4 звеньев частиц с диаметром магнитного ядра 16 – 22 нм. Данный факт подтверждает существование коротких цепочечных агрегатов в разбавленных растворах.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ 1. Проведена модернизация метода скрещенных полей, которая позволяет анализировать микроструктуру ферроколлоидов. Теория метода была усовершенствована таким образом, чтобы анализ результатов учитывал полидисперсность частиц, межчастичные взаимодействия и размагничивающий фактор образца. Опыты на образцах с различным дисперсным составом показали пригодность метода для получения количественной информации о средних размерах магнетитовых частиц.

Результаты измерений хорошо согласуются с результатами магнитогранулометрического анализа. В исследуемых образцах отсутствуют частицы выше критического (20 - 25 нм) размера.

2. Проведён эксперимент, направленный на обнаружение в магнитных жидкостях цепочечных агрегатов на низких частотах в скрещенных магнитных полях, в связи с высокой чувствительностью этого метода к присутствию цепочек в коллоидном растворе. Исследованы коллоидные растворы магнетита в декане в широком диапазоне постоянных полей и концентраций магнитной фазы. В концентрированных растворах признаков существования цепочек не обнаружено, но их присутствие в разбавленных растворах не вызывает сомнений.

3. С ростом концентрации роль цепочек быстро ослабевает и в концентрированных растворах их влияние на намагниченность системы становится пренебрежимо малым.

4. Доля агрегированных частиц имеет значения между 0,16 и 0,018 и для исследованного разбавленного образца №1 составляет несколько процентов.

5. Обнаруженные в данной работе цепочки имеют минимальную размерность: в среднем в цепочке содержится по 3,3 частицы. Для таких образований сам термин “цепочка” вряд ли можно считать подходящим. Вероятность присоединения частицы к концу длинной цепочки мала по сравнению с вероятностью присоединения к боковой поверхности. Поэтому в нулевом поле цепочка, нарастающая с боков, очень быстро превращается в многочастичный квазисферический кластер, играющий роль зародыша для будущего капельного агрегата. Капельные агрегаты обнаруживаются оптическими методами. Появление капельных агрегатов означает фазовый переход типа “газ – жидкость” и нарушает однородность коллоида на макроскопическом уровне. Наконец, экранировка крупных частиц мелкими является еще одним фактором, ограничивающим размер цепочки несколькими частицами.

6. Опыты на повышенных частотах позволили определить время релаксации, связанное с агрегатами (~ 0,1 – 1 мс). Релаксационные процессы, связанные с микрочастицами, в опытах на звуковых частотах не проявляются.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ:

1. Pschenichnikov A.F., Fedorenko A.A., Pirozhkov B.I., Procopiu effect in concentrated polydisperse ferrocolloids// 9th Inter.Conference on magnetic fluids Abstracts.

Bremen. Germany.2001.P.207-208.

2. Пшеничников А.Ф., Федоренко А.А., Пирожков Б.И. Квазиравновесное поведение концентрированных ферроколлоидов в скрещенных магнитных полях // Вестн.

Перм. ун-та. 2002. Вып. 4. Физика. С.85-89.

3. Пшеничников А.Ф., Федоренко А.А., Пирожков Б.И. Применение скрещенных полей для анализа дисперсного состава магнитных жидкостей//В кн. 10-я международная Плесская конференция по магнитным жидкостям. Сборник научных трудов.

Плёс. 2002. С.81-86.

4. Пшеничников А.Ф., Федоренко А.А. Экспериментальное исследование цепочечных агрегатов в магнитных жидкостях//Конференция молодых учёных “Неравновесные процессы в сплошных средах”.Тез.докл.Пермь.2002.С.143-144.

5. Пшеничников А. Ф., Федоренко А. А. Исследование цепочечных агрегатов в магнитных жидкостях//Зимняя школа по механике сплошных сред. Тез. докл. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. С. 301.

6. Пшеничников А. Ф. Федоренко А. А. О цепочечных агрегатах в магнитных жидкостях//Вестн. Перм. ун-та. 2003. Вып. 4. Физика. С.86-92.

7. Pshenichnikov A. F., Fedorenko A. A. Chain-like aggregates in magnetic fluids// Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2005. Vol. 292. P.332-344.

8. Пшеничников А. Ф., Федоренко А. А. Динамика МЖ в скрещенных магнитных полях//Вестн. Перм. ун-та. 2007. Вып.1(6).Физика. С.52-56.

9. Федоренко А. А., Сабитов Р. Р. Фазовые измерения при исследовании магнитных жидкостей в скрещенных полях//Вестн. Перм. ун-та. 2007. Вып. 1(6). Физика.

С.62-67.

10. Пшеничников А. Ф., Федоренко А. А. Исследование динамики магнитных жидкостей в скрещенных магнитных полях//Зимняя школа по механике сплошных сред (пятнадцатая). Сборник статей. В 3-х частях. Часть 3. Екатеринбург: УрО РАН, 2007. С. 138-141.

Федоренко Андрей Анатольевич Подписано в печать 16.10.07. Формат 6084 1/16.

Печать офсетная. Усл. печ. л. 0,93. Тираж 100 экз. Заказ 580.

614990, г. Пермь, ул. Букирева, 15.

Типография Пермского университета.

Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»