WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

Ерин Константин Валерьевич

ЭЛЕКТРО- И МАГНИТООПТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРАХ МАГНЕТИТА В ЖИДКИХ ДИЭЛЕКТРИКАХ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИЭЛЕКТРОДНЫХ ПРОЦЕССОВ

Специальность 01.04.13 – электрофизика, электрофизические установки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Ставрополь – 2010

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ставропольский государственный университет»

Научный консультант: доктор физико-математических наук профессор Диканский Юрий Иванович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук профессор Иванов Алексей Олегович доктор физико-математических наук профессор Симоновский Александр Яковлевич доктор физико-математических наук доцент Шагрова Галина Вячеславовна

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный университет

Защита состоится «3» февраля 2011 года в 14:40 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.256.08 при ГОУ ВПО «Ставропольский государственный университет» по адресу: 355009, г. Ставрополь, ул. Пушкина 1, корп. 1а, ауд. 416.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Ставропольского государственного университета.

Автореферат разослан «___» ноября 2010 г.

Ученый секретарь совета Д 212.256.кандидат физико-математических наук доцент Л.Б. Копыткова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Коллоидные системы, состоящие из наночастиц ферримагнетиков, взвешенных в различных жидкостях, активно исследуются, начиная с 60-х годов XX века. Они сочетают в себе текучесть, присущую обычным жидкостям, и способность активно взаимодействовать с магнитным полем и поэтому получили название магнитных жидкостей или феррожидкостей. Первоначально магнитные жидкости создавались как средство управления течением ракетного топлива в условиях невесомости, но в дальнейшем область их применения существенно расширилась. Наибольшую известность получили применения магнитных жидкостей для парогазовой и вакуумной герметизации вращающихся деталей машин, в магнитных опорах и подшипниках, в демпфирующих устройствах измерительных приборов и динамических головок. В последнее время были разработаны принципиально новые методы лечения онкологических заболеваний методом локальной гипертермии и направленной доставки лекарственных препаратов с помощью коллоидных растворов магнитных наночастиц, синтеза магнитоуправляемых устройств, обладающих аналогично фотонным кристаллам избирательным светопропусканием, а также различные другие применения, в том числе для дефектоскопии металлических изделий и анализа дисперсного состава взвесей.

Малый размер частиц дисперсной фазы (около 10 нм) позволяет магнитным жидкостями практически неограниченное время сохранять седиментационную устойчивость за счет интенсивного броуновского движения.

Коагуляционная устойчивость достигается путем использования поверхностно-активных веществ, образующих на поверхности частиц структурно-механический барьер. Наночастицы магнитных материалов, несмотря на принимаемые меры по стабилизации, склонны к образованию структур за счет значительного магнитного диполь-дипольного взаимодействия и различных факторов, нарушающих целостность адсорбционных оболочек частиц. Для практического применения магнитных наночастиц в технике и медицине важна информация о размерах частиц, их электрических и магнитных моментах, а также о физике процессов образования структур из таких частиц при воздействии электрического и магнитного полей. Для получения этой информации одними из наиболее эффективных являются оптические методы. Среди них можно выделить статическое и динамическое рассеяние света, измерение спектральной зависимости светопропускания (спектротурбидиметрия), а также исследование эффектов оптической анизотропии при воздействии внешних электрического и магнитного полей. Такие исследования позволяют определять не только размеры магнитных наночастиц и их агрегатов, но и их магнитные и электрические характеристики, а также изучать процессы структурообразования в коллоидных системах. При воздействии электрического поля в магнитных коллоидах возникает ряд интересных эффектов, природа которых связана с протеканием сложных электродных процессов, электризацией коллоид ных частиц, образованием приэлектродного объемного заряда значительной величины, оказывающего существенное влияние на физикохимические свойства коллоида. Широкое использование магнитных коллоидов на основе жидких диэлектриков в технике требует выяснения физических механизмов их взаимодействия с электрическим и магнитным полями. Исследование природы электро- и магнитооптических эффектов в коллоидах магнитных частиц дает возможность эффективного изучения электрофизики приэлектродных процессов в таких системах и разработки практически важных приборов и устройств.

Цель работы: установление физических механизмов электромагнитооптических эффектов в магнитных коллоидах на основе жидких диэлектриков и их применение для исследования приэлектродных электрофизических процессов в таких системах.

Задачи исследования:

- разработка эффективных методик и создание экспериментальных установок для исследования оптических эффектов в магнитных коллоидах в стационарных и нестационарных электрическом и магнитном полях;

- определение параметров магнитных коллоидных частиц и агрегатов по данным оптических экспериментов;

- исследование особенностей и установление физических механизмов оптических эффектов в магнитных коллоидах, содержащих крупные по сравнению с длиной волны света агрегаты квазитвердого и микрокапельного типов;

- изучение электрофизических характеристик приэлектродного объемного заряда в магнитных коллоидах на основе жидких диэлектриков и определение электрофоретической подвижности коллоидных частиц магнетита электрооптическим методом;

- установление физических механизмов оптических эффектов в приэлектродных областях магнитных коллоидов в электрическом поле.

Научная новизна результатов работы:

1. На основе анализа результатов комплексных исследований двойного лучепреломления, дихроизма и динамического рассеяния света сделан вывод о том, что электро- и магнитооптические эффекты в магнитных коллоидах на основе жидких диэлектриков определяются ориентацией во внешних полях несферических агрегатов размером 40-100 нм, а не отдельных наночастиц магнетита, как полагалось ранее.

2. Экспериментально обнаружен эффект компенсации изменения интенсивности рассеяния света в переменном электрическом поле при дополнительном воздействии перпендикулярно направленного магнитного поля. Проведена теоретическая интерпретация эффекта на основе модифицированного приближения Рэлея-Дебая-Ганса.

3. По данным оптических экспериментов определены абсолютные величины постоянного и наведенного электрических и магнитных дипольных моментов агрегатов частиц в магнитных коллоидах.

4. Результаты исследования изменения оптической плотности магнитных эмульсий при воздействии внешних полей интерпретированы на основе приближения аномальной дифракции. Экспериментально показано, что в таких системах возможна компенсация изменения оптической плотности при совместном действии параллельных электрического и магнитного полей.

5. На основе результатов комплексного исследования электро- и магнитооптических эффектов в коллоидных растворах магнетита в жидких диэлектриках в постоянном, переменном и импульсном полях определены область локализации приэлектродного объемного заряда и характерное время его образования с использованием как традиционных электрооптических ячеек, так и ячеек с изолированными электродами.

6. Разработан оптический способ определения электрофоретической подвижности коллоидных частиц на основе анализа кинетики изменения прозрачности приэлектродных слоев магнитных коллоидов после включения поля.

7. На основе приведенного анализа эффектов электрического двойного лучепреломления и изменения прозрачности магнитных коллоидов вблизи поверхности электрода выделены характерные области электрооптических эффектов и предложена их физическая интерпретация.

Достоверность результатов работы обеспечивается применением известных методик экспериментов, стандартных приборов, анализом ошибок измерений, а также согласованностью результатов работы с известными результатами, полученными различными методами.

Научная и практическая ценность результатов работы Полученные результаты исследования оптических эффектов позволяют существенно уточнить физические механизмы индуцированной полем оптической анизотропии магнитных коллоидных систем и тем самым вносят определенный вклад в изучение фундаментальных проблем электрофизики магнитодиэлектрических коллоидов. Методики и результаты обнаружения в магнитных коллоидах агрегатов частиц и определения их электрических и магнитных дипольных моментов оптическими методами могут использоваться для прогнозирования работоспособности магнитожидкостных устройств, для функционирования которых существенное значение имеет структурное состояние и электрофизические параметры магнитной жидкости.

Результаты изучения приэлектродных процессов и определения пространственного распределения вектора напряженности электрического поля в магнитных коллоидах оптическими методами могут быть использованы в устройствах контроля качества изолирующих жидкостей, для диагностики предпробойных состояний в высоковольтных системах.

Результаты диссертационного исследования внедрены в учебный процесс ГОУ ВПО «Ставропольский государственный университет» при разработке инновационных курсов по выбору «Физические методы изучения на ноструктур» и «Электро- и магнитооптика магнитных дисперсных наносистем».

Автор защищает:

- результаты исследований эффекта двойного лучепреломления и изменения оптической плотности коллоидов магнетита на основе жидких диэлектриков в стационарных и нестационарных электрическом и магнитном полях, подтвержденные данными динамического рассеяния света, и сделанный на их основе вывод об определяющей роли агрегатов размером 40-100 нм в эффектах оптической анизотропии таких систем;

- результаты экспериментальных исследований и теоретическую интерпретацию эффекта компенсации изменения интенсивности рассеяния света в переменном электрическом поле при дополнительном воздействии магнитного поля, направленного перпендикулярно электрическому;

- методику анализа кинетики нарастания ориентационных электромагнитооптических эффектов в импульсных полях, использующую математический аппарат интеграла Дюамеля и позволяющую, в отличие от известных методик, учитывать конечную крутизну фронта импульса;

- методику и экспериментальные результаты определения абсолютных величин постоянного и индуцированного электрического и магнитного моментов агрегатов наночастиц магнетита, также оценку времени релаксации индуцированного электрического диполя агрегата на основе электродиффузионной теории поляризации гетерогенных систем ФренкеляТрухана, показавшую, что время релаксации индуцированного электрического дипольного момента сравнимо по порядку величины с временем вращательной броуновской релаксации агрегата;

- теоретический анализ результатов экспериментальных исследований изменения оптической плотности магнитных эмульсий в электрическом и магнитном полях на основе приближения аномальной дифракции и вывод о возможности наблюдения в таких системах компенсации оптической анизотропии при совместном действии параллельных электрического и магнитного полей;

- результаты оптических экспериментов в постоянных, переменных и импульсных полях, позволившие измерить величину, область локализации, а также время релаксации приэлектродного объемного заряда в магнитных коллоидах на основе жидких диэлектриков с использованием традиционных электрооптических ячеек и ячеек с изолированными электродами;

- электрооптический способ определения подвижности коллоидных частиц магнетита в керосине и трансформаторном масле, основанный на регистрации эффекта изменения прозрачности приэлектродного слоя коллоидного раствора после включения поля;

- теоретический анализ результатов исследования электрического двойного лучепреломления и изменения прозрачности приэлектродного слоя магнитного коллоида, позволивший выделить характерные области эффектов в зависимости от напряженности поля и длительности его действия, а также предложить физическую интерпретацию оптических эффектов в этих областях.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы представлялись на IV Всероссийской научно-технической конференции «Методы и средства измерений физических величин» (Нижний Новгород, 1999), Всероссийской научной конференции «Математическое моделирование в научных исследованиях» (Ставрополь, 2000), 9-th International Conference on Magnetic Fluid (Bremen, Germany, 2001), 9-й, 10-й, 11-й, 13й, 14-й Международных Плеcских научных конференциях по нанодисперсным магнитным жидкостям (Плес, 2000, 2002, 2004, 2008, 2010), Moscow International Symposium on Magnetism (Москва, 2002, 2008), International Workshop on Recent Advances in Nanotechnology of Magnetic Fluids (New Delhi, India, 2003), International Symposium on Advanced Magnetic Materials (Tokyo, Japan, 2003), VII Международной конференции «Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики жидкостей» (С.-Петербург, 2003), 10-th International Conference on Magnetic Fluid (Guaruja, Brasil, 2004), Международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика-2005» (С.-Петербург, 2005), 11-th International Symposium on Colloidal and Molecular Electro-optics ELOPTO-06 (Kyoto, Japan, 2006), 11th International Conference on Magnetic Fluids (Koice, Slovakia, 2007), International School for Junior Scientists and Students on Optics, Laser Physics & Biophysics (Саратов, 2005, 2006, 2007), 7-th International Conference on the Scientific and Clinical Applications of Magnetic Carriers (Vancouver, Canada, 2008), I и II Всероссийских научных конференциях «Физико-химические и прикладные проблемы магнитных дисперсных наносистем» (Ставрополь, 2007, 2009), Всероссийской научной конференции с элементами научной школы для молодежи «Проведение научных исследований в области индустрии наносистем и материалов» (Белгород, 2009), 12-th International Conference on Magnetic Fluids (Sendai, Japan, 2010), а также обсуждались на ежегодных научнопрактических конференциях преподавателей и студентов СГУ «Университетская наука – региону» (1999-2010) и семинарах научной школы «Физика магнитных наносистем» Ставропольского государственного университета.

Исследования по теме диссертации выполнялись в соответствии с тематическими планами научно-исследовательских работ ГОУ ВПО «Ставропольский государственный университет» и частично поддерживались из средств Федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002-2006 годы» (государственный контракт №02.438.11.7001), аналитической ведомственной целевой программы Федерального агентства по образованию «Развитие научного потенциала высшей школы» (2007-2010 гг.) и Российского фонда фундаментальных исследований (проекты №10-02-900и №10-02-16088).

Личный вклад соискателя. Автором проведена постановка цели и задач исследования в целом. Лично автором или при его участии разработаны основные экспериментальные установки и методики исследований.

Автором проведены экспериментальные исследования, обработка и анализ результатов измерений, а также представленные в диссертационной работе оценки и расчеты. Основные выводы и положения диссертационной работы сформулированы лично автором.

Публикации: по теме диссертации опубликовано 68 научных работ, в том числе 23 статьи в ведущих отечественных и зарубежных рецензируемых научных журналах, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России для публикации основных результатов диссертаций. Наиболее принципиальные результаты исследований отражены в 50 работах, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных выводов и результатов исследования, а также списка цитированной литературы. Диссертация изложена на 3страницах, содержит 106 рисунков, 4 таблицы и список литературы из 412 источников.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель и задачи исследований, приведена краткая характеристика полученных результатов и перечислены основные положения, выносимые автором на защиту.

Первая глава диссертации представляет собой критический анализ литературных данных по электро-магнитооптике дисперсных систем. В ней рассмотрены особенности рассеяния света, а также природа эффектов двойного лучепреломления (ДЛП), дихроизма, ориентационного турбидиметрического эффекта (ОТЭ), наблюдающиеся в дисперсных системах при воздействии внешних полей. Проведен обзор работ, посвященных исследованиям двойного лучепреломления и дихроизма в концентрированных и разбавленных магнитных коллоидах. Проанализированы известные экспериментальные данные по влиянию агрегирования частиц магнитных коллоидов на их оптические свойства. Описаны методы определения размеров частиц коллоидов по данным оптических экспериментов. В конце первой главы сформулированы задачи исследования.

Вторая глава посвящена описанию объектов исследования, экспериментальной установки и методик измерения основных параметров электро- и магнитооптических эффектов. В качестве образцов для исследования были выбраны магнитные коллоиды магнетита на основе керосина и трансформаторного масла. Объемная концентрация твердой фазы в образцах составляла от 0.005 % до 1%. Описаны экспериментальные установки для исследования электро- и магнитооптических эффектов в магнитных коллоидах. Источни ком света являлся гелий-неоновый лазер ГН-2П с длиной волны излучения 632.8 нм. При исследовании эффекта двойного лучепреломления (рис. 1) фотоумножителем регистрировалась интенсивность света, прошедшего сквозь ячейку с образцом, помещенную между скрещенными поляроидами. Для изучения изменения прозрачности при воздействии поля плоскости пропускания анализатора и поляризатора устанавливались параллельно. В этом случае интенсивность падающего света ослаблялась нейтральными светофильтрами из стекла марки НС-8 для обеспечения линейности характеристики фотодетектора. Ячейка с двумя плоскими медными или алюминиевыми электродами монтировалась на подвижном столике таким образом, чтобы её можно было перемещать поперек направления лазерного луча при помощи винта микрометрической подачи с шагом ~0.02 мм. Это позволяло направлять луч лазера как вдоль поверхности каждого из электродов, так и на различных расстояниях от неё. На электроды ячейки подавались импульсы высокого напряжения от формирователей импульсов, сконструированных на основе высоковольтных триодов 6С40П и преобразователя напряжения ULTRAVOLT®. Регистрация электрического сигнала, пропорционального фототоку производилась цифровым осциллографом AURIS B-423. Для уменьшения случайной погрешности производились многократные измерения с последующим усреднением результатов.

При исследовании рассеяния света образец помещался в цилиндрическую кювету с вмонтированными в нее латунными электродами (рис. 2).

Экспериментальная установка не только позволяла измерять изменение интенсивности рассеяния света образцами магнитного коллоида при воздействии стационарных и нестационарных внешних полей, но и производить исследования методом динамического рассеяния света (фотонной корреляционной спектроскопии).

Рис. 1. Схема экспериментальной установки Рис. 2. Схема экспериментальной установдля исследования эффекта ДЛП в ки для исследования рассеяния света.

электрическом и магнитном полях.

Приведены принципиальные схемы и описан принцип работы наиболее важных узлов установки – формирователей импульсов электрического и магнитного полей. Описаны методики проведения измерений для определения разностей комплексных показателей преломления для света, линейно поля ризованного вдоль и поперек внешнего поля, а также параметров n = n - n || других электро- и магнитооптических эффектов. Проанализированы причины и определены величины погрешностей измерений.

В данной главе также описана методика исследования кинетики оптической анизотропии магнитных коллоидов в импульсных электрическом и магнитном полях. Приведены методы определения среднего коэффициента вращательной броуновской диффузии в полидисперсных коллоидах из экспериментальных исследований уменьшения эффекта двойного лучепреломления после выключения внешнего поля.

В третьей главе рассмотрены механизмы оптических эффектов в магнитных коллоидах в электрическом и магнитном полях.

Наличие у частиц ферроколлоидов значительных магнитных моментов и их относительная устойчивость к действию достаточно сильных магнитных полей привело к тому, что первые исследования оптической анизотропии таких систем были проведены при воздействии магнитного поля. Существенно важным моментом при построении теоретических моделей эффекта оптической анизотропии является то, что частицы ферро- и ферримагнетиков с размером около 10 нм не только однодоменны, но и суперпарамагнитны. Впервые ориентационная модель оптической анизотропии в таких системах была предложена в работе [1]. Эта модель получила название одночастичной, поскольку подразумевала ориентацию в поле отдельных невзаимодействующих наночастиц и была построена по аналогии с теорией индуцированной оптической анизотропии жидких кристаллов. В ряде более поздних исследований было показано, что в магнитных коллоидах могут присутствовать агрегаты наночастиц различного типа [2]. В связи с этим представляет значительный интерес проблема влияния агрегатов частиц на оптические эффекты в магнитных коллоидах во внешних полях. Для проверки применимости одночастичной модели для описания эффекта ДЛП в магнитных коллоидах было n проведено измерение зависимостей разности показателей преломления от напряженности внешних полей и сопоставление полученных результатов с теоретическим расчетом по одночастичной модели. Результаты такого сопоставления представлены на рис. 3. Качественно форма полевой зависимости магнитного ДЛП соответствует предсказаниям одночастичной модели. При малых напряженностях полей зависимость является квадратичной, а в области сильных – имеет ярко выраженную тенденцию к насыщению. Экспериn менты показали, что в области слабых полей линейно зависит от квадрата напряженности как магнитного, так и электрического полей, что позволило сделать вывод о сходном механизме ДЛП в электрическом и магнитном n полях. Однако сопоставление абсолютных значений показало значительное (более чем на порядок) превышение экспериментальных значений над теоретически рассчитанными по одночастичной модели. Произведенный учет полидисперсности отдельных частиц также не позволил добиться согласования расчетных и экспериментальных данных. Учет распределения по размерам производился по формуле:

n(H ) = n(H,r) f (r)dr , (1) n(H, r) где – теоретическая зависимость разности показателей преломления от напряженности поля и радиуса частицы; f(r) – функция распределения коллоидных частиц по радиусам, полученная по данным электронной микроскопии образцов. Расчеты по формуле (1) также дали меньшие, чем в эксперименте, значения для абсолютной величины эффекта ДЛП (рис. 3).

Гидродинамический размер частиц, ориентация которых определяет индуцированную полем оптическую анизотроРис. 3. Сравнение экспериментальных данных магнитпию, был определен по ного ДЛП с теоретическими расчетами для монодисданным экспериментов в персного и полидисперсного коллоидов.

импульсных магнитном и электрическом полях. В монодисперсных коллоидах после выключения внешнего поля ДЛП следует простому экспоненциальному закону [3,4]:

n(t) = n0 exp(- 6Dr t), (2) Dr = kT d nгде – коэффициент вращательной броуновской диффузии;

– величина ДЛП в момент выключения ориентирующего поля. Экспериментальные исследования ДЛП в импульсных внешних магнитном и электрическом полях производились в образцах на основе трансформаторного масла и керосина. Амплитуда импульса магнитного поля могла изменяться от 0.4 до 5.5 кА/м, амплитуда импульса электрического поля от 0.2 до 2 МВ/м. Длительность импульсов регулировалась в диапазоне от 10 мкс до 1 с. На рис. 4 и рис. 5 показаны типичные кривые релаксации ДЛП после выключения электрического и магнитного полей для коллоида на основе керосина с объемной концентрацией 0.05%. Сравнение результатов, представленных на рис. 4 и рис. 5 показывает, что времена релаксации в электрическом и магнитном полях совпадают по порядку величины, что также свидетельствует о том, что механизм оптической анизотропии и в электрическом и в магнитном полях одинаков. Экспериментально полученные коэффициенты вращательной диффузии оказались примерно на два порядка меньшими, чем расчетные для частиц диаметром 10-12 нм, взвешенных в жидкости с данной вязкостью.

Для образца на основе керосина экспериментально определенный в магнитном поле средний коэффициент вращательной диффузии равен Dr Dr =3100±300 c-1 (в электрическом поле =2200±300 c-1). Средние гидроди намические размеры коллоидных частиц в сферическом приближении составили d=75-100 нм для различных образцов. Гидродинамический размер, определенный по данным релаксации после выключения электрического поля, оказался несколько большим, что может быть связано с наличием вокруг частицы ионной атмосферы. Оценка толщины ионной атмосферы по различию гидродинамических диаметров дает значение 5-10 нм.

Рис. 4. Релаксация ДЛП после выключения Рис. 5. Релаксация ДЛП после выключемагнитного поля H=0.8 кА/м. ния электрического поля E=0.8 МВ/м.

Проведены эксперименты по изучению эффекта ДЛП в магнитных коллоидах при воздействии скрещенных импульсных электрического и магнитного полей. Как известно, при совместном действии скрещенных электрического и магнитного полей возможно наблюдение эффекта компенсации эффекта ДЛП [5]. Применение импульсных полей позволило значительно расширить возможности этого эффекта для определения дисперсного состава магнитных коллоидов. В ходе экспериментов регистрировалась амплитуда сигнала ДЛП и средний гидродинамический диаметр частиц при изменении амплитуды одного из скрещенных полей (при постоянной величине другого), вплоть до достижения ситуации компенсации. Обнаружено изменение среднего гидродинамического диаметра при увеличении амплитуды поля. На основе экспериментальных данных показана принципиальная возможность разработки нового способа определения распределения агрегатов частиц магнитных коллоидов по размерам.

Изменение интенсивности света, рассеянного коллоидными частицами, при их ориентации внешним полем, очевидно приводит к изменению интенсивности прошедшего света, т.е. изменению оптической плотности коллоидного раствора. Таким образом индуцированное полем изменение оптической плотности (ОТЭ) также является ориентационным эффектом, для наблюдения которого, в отличие от ДЛП, не обязательно использование поляризованного света [6]. Однако длительное воздействие внешних полей может приводить к нарушению агрегативной устойчивости коллоида и значительному изменению его оптических свойств. В этом случае сложно будет отделить собственно ориентационный эффект от агрегационного. Для предотвращения коагуляционных процессов линейное нарастание поля осуществля лось в течение нескольких секунд, что на несколько порядков больше, чем ожидаемое значение времени установления стационарной ориентации частиц, но значительно меньше характерного времени процессов агрегирования в поле.

D = (DE - D0)/ DВ качестве параметра ОТЭ использовалась величина, DE Dгде и – оптические плотности раствора в поле и его отсутствие соответственно. Сопоставление с теоретическими моделями экспериментальных D(H ) зависимостей, а также величин эффекта при различных состояниях поляризации падающего света и углах между направлениями поля и лазерного луча позволили сделать вывод о том, что ОТЭ в исследованных образцах магнитных коллоидов объясняется ориентацией агрегатов однодоменных частиц диаметром более 20 нм.

Исследования эффекта изменения интенсивности рассеянного света в магнитном коллоиде на основе керосина при помощи экспериментальной установки (рис. 2) показали, что при одновременном действии переменного электрического с частотой 0 и постоянного магнитного поля амплитуда основной гармоники (20) изменения интенсивности света меняется. В случае соосной конфигурации полей воздействие магнитного поля приводит к росту амплитуды этой гармонической составляющей. В случае же взаимноперпендикулярной ориентации электрического и магнитного полей при некотором соотношении напряженностей полей амплитуда основной гармоники изменения интенсивности рассеянного света достигает минимального значения.

На рис. 6 а,б показаны спектры и фотографии экрана осциллографа, соответствующие сигналам изменения интенсивности рассеянного света в переменном электрическом поле (33 Гц, E=1.2 МВ/м) и при дополнительном воздействии постоянного магнитного полей (H=4.8 кА/м). При изменении направления магнитного поля путем поворота катушек Гельмгольца (вертикальное направление электрического поля при этом было неизменно) было обнаружено, что величина магнитного поля, необходимая для получения мини мального оптического сигнала зависит от угла между магнитным полем и лазерным лучом.

Изменение интенсивности рассеянного света в коллоидных системах под действием внешнего поля определяется параметром:

I - I E r I = =, (3) i(, )[f (, ) - 1] d I I r r Ir где IE, – интенсивность рассеяния света в случае наличия и отсутствия i(,) – интенсивпреимущественной ориентации частиц соответственно, ность рассеяния света произвольно ориентированной частицей в направле f (,) нии, определяемом полярным углом и азимутальным углом, – функция, характеризующая распределение частиц по ориентациям. Поскольку внешние поля приводят к ориентации в магнитном коллоиде агрегатов частиц размером 40-100 нм, то такие агрегаты, в отличие от составляющих их частиц магнетита, уже нельзя считать малыми по сравнению с длиной волны i(,) света и поэтому рэлеевское приближение для вычисления не вполне i(,) применимо. Поэтому расчет произведен с использованием приближения Рэлея-Дебая-Ганса (РДГ) в его модифицированном для учета анизотропии формы частиц варианте.

а б Рис. 6. Спектры интенсивности рассеянного света в переменном электрическом поле: а – в отсутствие магнитного поля; б – при дополнительном воздействии магнитным полем в r r конфигурации E H.

Расчет показал, что для любого значения азимутального угла ориента ции системы сфероидальных частиц существует такой полярный угол, при котором интенсивность рассеяния света частицами, ориентированными таким образом, равна интенсивности рассеяния света частицами, у которых I отсутствует преимущественная ориентация, т.е. параметр равен нулю. В зависимости от значения угла величина полярного угла ориентации часI = тиц, при которой, будет различной. Таким образом, совместное действие взаимоперпендикулярных электрического и магнитного полей приводит к изменению пространственной ориентации частиц магнетита и их агрегатов таким образом, что при некотором соотношении величин полей может возникать своего рода «компенсация» изменения интенсивности рассеянного света. Ранее компенсация оптической анизотропии во взаимоперпендикулярных электрическом и магнитном полях была обнаружена и исследовалась только по данным эффекта ДЛП [5].

Характерный размер рассеивающих центров в магнитных коллоидах также был определен методом динамического рассеяния света. На рис. 7 а, б приведены спектр мощности и автокорреляционная функция фототока, соответствующего интенсивности рассеяния исследуемого образца. Оценка гидродинамического диаметра по определенному экспериментально коэффициенту поступательной броуновской диффузии дала значения d=85±10 нм. Полученный результат находится в хорошем согласии с результатами исследований кинетики двойного лучепреломления в импульсных электрическом и магнитном полях.

а б Рис. 7. Спектр мощности (а) и автокорреляционная функция фототока (б) для образца на основе керосина с концентрацией: точки – эксперимент; кривые – расчет для d=85 нм.

Полученные экспериментальные результаты свидетельствуют о том, что эффекты оптической анизотропии (ДЛП, ОТЭ, изменение интенсивности рассеянного света) во внешних электрическом и магнитном полях в магнитных коллоидах определяются объектами значительно более крупными, чем отдельные наночастицы магнетита. Весьма значительное различие в экспериментальных и расчетных значениях гидродинамического объема коллоидных частиц не может быть объяснено наличием у частиц поверхностного защитного слоя из молекул олеиновой кислоты. Также представляется маловероятным, что толщина слоя молекул олеиновой кислоты может в несколько раз превышать диаметр частицы. Значительно более адекватным может быть объяснение такого различия присутствием в растворе агрегатов частиц, имеющих несферическую форму и ориентирующихся при взаимодействии с внешними полями.

В предположении, что в наночастицы в агрегате плотно упакованы с неповрежденной стабилизирующей оболочкой, рассчитано число частиц, входящих в агрегат, в зависимости его вытянутости (соотношения короткой и длинной осей). Оценка производилась на основе результатов измерения коэффициента вращательной броуновской диффузии. Коэффициент вращательной диффузии для эллипсоида определяется согласно соотношению Эйнштейна-Дебая:

kT Dr =, (4) R f где коэффициент сопротивления вращению Rf определен для эллипсоидов вращения, взвешенных в среде с вязкостью [7]:

[(2 - p)( p) -1].

16 aG( p) = R =, (5) f 3G( p) 1- pДля вытянутых эллипсоидов (p<1) функция Г(p) имеет вид:

1+ 1- p2 ( p) = ln. (6) 1- p2 p Количество частиц, входящих в агрегат может быть оценено по формуле:

f kTp2G(p) N =. (7) 4Drv v Здесь – объем отдельной частицы магнетита радиусом 6 нм, f - коэффициент плотности упаковки сферических частиц в агрегате (0.74 для плотной и 0.61-0.63 для случайной упаковки). Расчеты по формуле (7) показали, что агрегат может, в зависимости от соотношения осей, содержать от 6 до 30-частиц.

Электро- и магнитооптические эффекты в дисперсных системах очень чувствительны к размеру частиц дисперсной фазы, особенно в области слабых полей. Это приводит к тому, что определенный по данным оптических экспериментов в таких полях размер частиц оказывается, как правило, несколько завышенным по сравнению с данными электронной микроскопии.

Причиной такого различия является то, что крупные частицы имеют более значительный момент (электрический или магнитный) и поэтому сильнее взаимодействуют с полем малой напряженности.

Определение функции распределения коллоидных частиц по размерам требует решения интегрального уравнения Фредгольма. Численные решения таких задач являются неустойчивыми по отношению к случайным ошибкам эксперимента и даже к ошибкам округления цифр на компьютере. Потому решение интегральных уравнений такого вида является некорректной или плохо определенной задачей («ill-posed problem»). Одной из самых простых процедур решения такого рода задач является использование гистограммного представления неизвестной функции распределения или аппроксимация функции распределения простым одно- или двухпараметрическим распределением.

Данные электронно-микроскопических исследований магнитных коллоидов, как правило, можно с достаточной степенью точности описать двухпараметрическим распределением типа нормального логарифмического, поэтому нами была предпринята попытка оценить вид распределения частиц и агрегатов по размерам на основе данных кинетики магнитного ДЛП в импульсном магнитном поле.

Спад ДЛП в полидисперсном коллоиде мономорфных частиц после выключения поля описывается выражением [4]:

CVi i exp(- 6(Dr ) t) i n(t) i =, (10) n0 CVi i i CVi (Dr ) i где:,, – объемная концентрация, коэффициент вращательной i диффузии и ориентационная функция i-ой фракции частиц соответственно.

Оптимизируя экспериментальные данные релаксации ДЛП и расчет по формуле (10) методом наименьших квадратов, можно определить параметры распределения частиц и агрегатов по размерам. На рис. 8 представлена экс периментальная кривая спада эффекта ДЛП в образце коллоида магнетита в керосине с концентрацией твердой фазы 0.05% и рассчитанная на ее основе гистограмма распределения агрегатов частиц по размерам.

Оценка разброса размеров коллоидных частиц подтверждает механизм ДЛП, заключающийся в ориентации агрегатов с размером в несколько десятков нанометров. Наличие в растворе крупных частиц даже в относительно небольшой концентрации может оказать решающее влияние на величину оптической анизотропии. Решение задачи определения Рис. 8. Спад эффекта магнитного ДЛП после выфункции распределения часключения поля (точки – эксперимент, кривая – растиц по размерам из данных чет по формуле (10) и гистограмма соответствуюмагнитного ДЛП сущестщего распределения агрегатов по размерам).

венно зависит от принятого в расчетах физического механизма ориентации частиц (наличия у частиц преобладающего постоянного или индуцированного магнитных моментов).

Для корректного решения задачи необходима предварительная информация о типе и величине электрических и магнитных моментов частиц.

В четвертой главе представлены результаты исследования электрических и магнитных дипольных моментов агрегатов наночастиц магнетита в магнитных коллоидах на основе жидких диэлектриков.

При учете влияния агрегатов частиц на оптические эффекты магнитных коллоидах обычно считают, что агрегаты имеют значительный постоянный дипольный момент (намагничены до насыщения в отсутствие поля) и по свойствам аналогичны крупным однодоменным частицам [8]. Однако в литературе отсутствуют экспериментальные исследования соотношений постоянного или индуцированного полем магнитных дипольных моментов.

Для определения абсолютных величин постоянного и индуцированного полем магнитных моментов агрегатов частиц в образце магнитного коллоида на основе керосина с концентрацией твердой фазы 0.1% были произведены экспериментальные исследования кинетики магнитооптических эффектов в нестационарных (переменных и импульсных) полях.

Эффект ДЛП в переменном поле (или динамическое ДЛП) обычно представляют в виде суммы двух компонентов [4]:

n = nst + nalt cos(2t - ), (11) nalt где nst – постоянная составляющая, – компонент, меняющийся с удвоенной по отношению к полю частотой, – фазовый сдвиг. Соотношение ме жду постоянным магнитным моментом коллоидной частицы m и наведенным R = 0 m2 kT моментом H определяется параметром, где – анизо = (2 - 1)V тропия магнитной восприимчивости частицы ( ). Для частиц, не обладающих постоянным дипольным моментом, значение параметра R=0.

В противоположном случае, когда постоянный дипольный момент значиm >>H тельно превышает наведенный, R >>. Зависимость от частоты поля постоянной и переменной составляющих, а также фазового сдвига эффекта ДЛП определяются коэффициентом вращательной диффузии и параметром R. Компонент сигнала ДЛП, меняющийся с удвоенной по отношению к полю частотой, удобно выразить в комплексной форме:

~ ~ ~ n = Re(n)- i Im(n). (12) Результат измерений переменной составляющей и фазового сдвига эф~ ~ Im(n) = f (Re(n)) фекта можно представить в виде зависимости, аналогичной хорошо известным в физике диэлектриков диаграммам Коул-Коула.

На рис. 9 представлена такая диаграмма для экспериментальных значений и и. Из диаграммы можно сделать вывод расчетов со значениями R = 0.1 R=о том, что экспериментальным данным соответствует значение параметра R<<1.

В области слабых полей величина ДЛП прямо пропорциональна квадрату напряженности поля, что подтверждается экспериментально (рис. 10).

n / nmax = f (H ) Тангенс угла наклона зависимости определяется анизотропией магнитной восприимчивости, постоянным дипольным моментом и температурой:

(n nmax ) 0(kT + 0m2).

(13) 2 (H )= 15(kT) Таким образом, измерив угол наклона зависимости эффекта ДЛП от квадрата m поля, мы можем определить один из параметров, связывающий и.

R = 0 m2 kT Второй параметр –, значение которого определено по данным измерения динамического ДЛП в импульсном и переменном поле. Расчет значений дипольного момента и анизотропии магнитной восприимчивости m 2.2 10-агрегата с учетом экспериментальных данных дает А·м2 и 1.510-22 = %). Пом3 (при относительной погрешности измерений лученное значение постоянного магнитного момента агрегата близко по величине к моменту одной наночастицы магнетита диаметром 10 нм m0 2.5 10-( А·м2), несмотря на то, что таких частиц в агрегате несколько десятков. Это свидетельствует о том, что агрегат в слабых полях не обладает спонтанной намагниченностью в том смысле, что направления магнитных моментов отдельных наночастиц магнетита слабо скоррелированы.

Отметим, что для системы жестких магнитных диполей полевая зависимость ДЛП в слабом поле также квадратична. По виду полевой зависимости эффекта, можно определить величину магнитного дипольного момента колmлоидной частицы. При этом получается значение близкое к, а определенный по этим данным, так называемый «магнитный», диаметр составляет около 10 нм, что может создать мнимое впечатление отсутствия в системе агрегатов частиц. Если такие исследования не подкреплены независимыми экспериментами по определению размеров частиц (динамическое и импульсное ДЛП, фотонная корреляционная спектроскопия и т.п.), то результаты могут оказаться недостаточно достоверными.

~ ~ Рис. 10. Зависимость величины магнитного Рис. 9. Диаграмма Im(n) = f (Re(n)) ДЛП от напряженности постоянного магдля переменной составляющей сигнала нитного поля.

ДЛП.

При исследовании оптической анизотропии магнитных коллоидов в электрическом поле обычно предполагалось, что электрический дипольный момент коллоидных частиц магнетита является наведенным и определяется объемными свойствами частицы [5].

Для определения параметров электрического дипольного момента агрегатов коллоидных частиц магнетита также были проведены исследования ДЛП в переменном и импульсном электрическом поле. Сравнение экспериментальных данных с расчетами позволяет говорить об существенной роли постоянного дипольного момента в ориентации коллоидных частиц магнетита и их агрегатов в переменном электрическом поле с частотой свыше 15 Гц.

Исследование переходных режимов электрооптического эффекта при воздействии прямоугольных импульсов напряжения также позволяет определить характеристики дипольного момента частицы, исходя из кривой нарастания эффекта. Нарастание эффекта ДЛП в импульсном поле определяется коэффициентом вращательной броуновской диффузии и описанным выше параметром R:

3R R - 2 n(t) = nmax1- exp(-2Drt) + exp(-6Drt). (14) 2(R +1) 2(R +1) При выводе этой формулы предполагается, что электрическое поле изменятся скачком, однако в эксперименте мгновенное изменение электрического поля невозможно, длительность нарастания поля ограничена, как пра вило, временами зарядки электрооптической ячейки и переходных процессов в генераторе импульсов. Учесть нескачкообразный характер увеличения поля при исследовании кривой нарастания электрооптического эффекта можно, если воспользоваться методом интеграла Дюамеля, который используется для анализа искажений сигналов в электрических цепях и оптических системах. Реакция коллоидной системы на скачок внешнего воздействия (электрического поля) состоит в нарастании электрооптического эффекта по закону g(t) (14). Такая функция называется переходной характеристикой. Поскольку отклик системы (в данном случае ДЛП) должен быть пропорционален внешнему воздействию, то в качестве функции последнего целесообразно F(t) ~ (E(t)) выбрать, т.к. в слабых полях эффект ДЛП пропорционален квадрату напряженности поля, что подтверждается экспериментально. С учетом этого, кривая нарастания электрооптического эффекта будет описываться уравнением:

t n(t) F(u) = g(t - u)du. (15) n0 0 u E(t) Если известен вид функции изменения поля со временем и коэффициент вращательной броуновской диффузии Dr, определенный из спада эффекта после выключения поля или дисперсии эффекта в переменном поле, то по формуле (15) можно рассчитать вид кривой нарастания эффекта, который в случае монодисперсной системы будет зависеть только от значения R. На рис. 11 изображены кривые нарастания эффекта ДЛП рассчитанные по формулам (14) и (15), а также данные, полученные экспериментально. Значение параметра R, при котором наблюдается наилучшее соглаРис. 11. Кинетика нарастания ДЛП при включении электрического поля: точки – эксперимент; кривая сие расчетных и эксперимен1 – расчет для R=0.5 без учета времени нарастания тальных кривых нарастания поля; кривая 2 – расчет для R=0.5 с учетом времеэффекта определялось метони нарастания поля.

дом наименьших квадратов.

Полученное таким образом значение R 0.5 свидетельствует об одинаковом по порядку величины вкладе постоянного и индуцированного моментов агрегата.

Величины постоянного дипольного момента и анизотропии электрической поляризуемости определялись как:

(n nmax ) 15R (E2) pp = kT = и (16) 1+ R RkT Расчет по этим формулам с учетом экспериментальных данных дал знаp = 1.6 10-27 =1.310-чения Кл·м и Фм2.

Наличие в дисперсных, в т.ч. коллоидных, системах границы раздела фаз обуславливает возникновение в них миграционной или макроструктурной поляризации, сущность которой заключается в накоплении свободных и связанных зарядов на границе раздела фаз. Подобная поляризация широко распространена в различного рода биологических (бактерии, клетки) и биополимерных системах. Влияние миграционной поляризации на диэлектрические свойства дисперсных систем часто описывают в рамках теории Максвелла-Вагнера. В результате миграционной поляризации коллоидные частицы и их агрегаты приобретают дипольный момент, время релаксации которого может быть достаточно велико и сравнимо по величине с временем вращательной броуновской релаксации частиц. В этом случае индуцированный дипольный момент частицы или по крайней мере его часть может быть интерпретирована в эксперименте как постоянный. Однако в теории МаксвеллаВагнера предполагается, что поляризационный заряд сосредоточен на поверхности частицы и пространственное распределение заряда внутри неё не учитывается. Таким образом, теория Максвелла-Вагнера оказывается послеa / rD >> 1 rD довательной только в случае, где – дебаевский радиус, a – характерный размер частицы. Значение коэффициента вращательной броуновDr 25ской диффузии ( c-1), определенное по данным электрооптических экспериментов, дает значение гидродинамического размера частиц около нм, соответствующее достаточно крупному агрегату из нескольких десятков частиц. Для объекта подобных размеров теория поляризации МаксвеллаВагнера может оказаться не вполне применимой. Оценка величины дебаевского радиуса с использованием литературных данных по подвижности и концентрации примесных ионов в магнитных коллоидах дает значение rD 60 a / rD 1.3, т.е. условие применимости теории Максвелнм, при этом a / rD >> ла-Вагнера ( ) для описания поляризации агрегата частиц магнетита не выполняется. Расчет времени релаксации дипольного момента в таких системах произведен с использованием электродиффузионной теории Френкеля-Трухана, позволяющей описывать релаксационные процессы в системах a / rD с произвольным соотношением.

Оценка по электродиффузионной теории времени релаксации индуцированного дипольного момента агрегата наночастиц магнетита дает значение 10-с, что по порядку величины совпадает со временем вращательной броуновской релаксации агрегата, определенным по данным эксперимента B ~ Dr-1 410-4 с. Это подтверждает вывод о том, что индуцированный ди польный момент агрегатов наночастиц магнетита частично может быть интерпретирован по данным электрооптических измерений как постоянный.

В главе 5 представлены результаты исследований оптических эффектов в магнитных коллоидах с агрегатами микронных размеров.

Эффект ДЛП, широко используемый для исследования коллоидных систем наноразмерных частиц, для дисперсных систем с относительно крупными частицами (0.5-5 мкм), как правило, является слабо выраженным и трудно регистрируется на фоне значительного изменения прозрачности под действием поля, которое в свою очередь связано с сильной зависимостью интегрального сечения рассеяния света от ориентации частиц дисперсной фазы. Поэтому для таких систем предпочтительно исследовать не ДЛП, а изменение прозрачности под действием поля или изменение интенсивности рассеянного света. В магнитных жидкостях частицы такого размера могут возникать в результате нарушения агрегативной устойчивости и образования агрегатов квазитвердого или микрокапельного типа. Для исследований был получен образец, содержащий квазитвердые агрегаты, а также образец с развитой системой микрокапель с малым межфазным натяжением. Размеры агрегатов одного и другого типов составляли 2-5 мкм.

Образец, содержащий квазитвердые агрегаты, удалось получить достаточно разбавленным (с объемной концентрацией твердой фазы около 0.1%), что позволило наблюдать в нем не только индуцированное магнитным полем изменение прозрачности, но и изменение интенсивности рассеянного света.

Эффект изменения интенсивности рассеиваемого света оценивался параметI / I0 I = IH -I0 – разность интенсивностей света при воздействии ром, где поля и в его отсутствие. При воздействии поля относительное изменение интенсивности рассеянного света достигало 30-40%. Особенность оптического отклика магнитного коллоида с крупными квазитвердыми агрегатами на импульс магнитного поля с напряженностью до 10 кА/м заключается в том, что время нарастания на два порядка меньше времени спада эффекта. Анализ экспериментальных данных исследований магнитооптических эффектов в таком коллоиде подтвердили применимость для его описания ориентационной модели, причем гидродинамические размеры, определенные из кривых спада магнитооптического эффекта, оказались в хорошем согласии с данными оптической микроскопии. В таких системах, в отличие от растворов не содержащих крупных агрегатов, легко можно наблюдать насыщение оптических эффектов даже в сравнительно слабых полях (3-5 кА/м). Экспериментально определено, что крупные агрегаты микронных размеров в исследованных образцах не обладают спонтанной намагниченностью, аналогично малым агрегатам (размером 40-100 нм), параметры которых были определены в главе 4.

Дисперсные системы с развитой системой микрокапель магнитной жидкости обычно называют магнитные эмульсии. В магнитных эмульсиях деформация микрокапель возможна под действием магнитного, электрического или гидродинамического полей. Это позволяет наблюдать в магнитных эмульсиях необычные для коллоидных систем деформационные оптические эффекты.

Рис. 12. Зависимость амплитуды электрооп- Рис. 13. Оптический эффект одновременном тического эффекта от частоты переменного воздействии сонаправленных переменного электрического поля. (30 Гц) электрического и стационарного магнитного полей.

Эксперимент показал, что при воздействии как электрического, так и магнитного полей интенсивность прошедшего через магнитную эмульсию света изменяется, т.е. можно говорить о деформационном турбидиметрическом эффекте. При воздействии импульса переменного поля величина и знак эффекта зависят от частоты поля, при этом величина эффекта в переменном поле значительно меньше, чем в постоянном. В низкочастотном (менее 2D > Гц) электрическом поле знак эффекта положительный (т.е. при воздействии поля оптическая плотность эмульсии увеличивается), а в более высокочастотном поле – отрицательный. При частоте поля около 200 Гц воздействие электрического поля не приводит в пределах ошибок эксперимента к изменению оптической плотности (рис. 12). Одновременное действие низкочастотного электрического и магнитного полей дает возможность осуществить компенсацию электрооптического эффекта магнитооптическим, при условии, что векторы напряженностей полей параллельны. На рис. 13 показан график зависимости эффекта изменения оптической плотности при одновременном действии переменного электрического (частота 30 Гц, амплитуда Е=0.25 МВ/м) и постоянного магнитного полей от величины напряженности последнего. При некотором соотношении между напряженностями сонаправленных электрического и магнитного полей величина эффекта изменения оптической плотности равна нулю, т.е. в таком случае оптическая анизотропия системы вдоль направления лазерного луча отсутствует. Экспериментально такой эффект обнаружен нами впервые, хотя его принципиальная возможность обсуждалась ранее в ряде работ. Отметим, что в магнитных коллоидах эффект компенсации оптической анизотропии наблюдается только во взаимоперпендикулярных электрическом и магнитном полях и связан с ориентацией коллоидных частиц при совместном действии полей [5]. Отличительной особенностью систем, содержащих микрокапли магнитной жидкости взвешенные в жидких диэлектриках, является то, что деформация капель магнитным полем может быть при определенных условиях скомпенсирована переменным электрическим полем, действующим в том же направлении [9].

Интерпретация наблюдаемого эффекта изменения оптической плотности магнитной эмульсии при воздействии электрического и магнитного полей построена на основе приближения аномальной дифракции, которое позволило удовлетворительно описать особенности эффекта при различных ориентациях магнитного поля и луча света, а также зависимости величины эффекта от напряженности внешних полей.

Шестая глава диссертации посвящена оптическим исследованиям приэлектродных процессов в магнитных коллоидах.

Изучение механизмов проводимости, зарядообразования, а также предпробойных состояний в жидких диэлектриках невозможно без ответа на вопрос о распределении электрического поля. В работе предложен усовершенствованный электро-магнитооптический метод измерения напряженности электрического поля, основанный на эффекте компенсации оптической анизотропии в коллоидных растворах в скрещенных электрическом и магнитном полях. Предлагаемый способ позволяет определять абсолютную величину, а также направление вектора напряженности электрического поля в системе электродов сложной конфигурации. Приведен пример реализации этого способа для системы электродов «плоскость-острие». Получено распределение напряженности постоянного электрического поля в плоском конденсаторе с магнитным коллоидом в качестве диэлектрика (рис. 14). Вблизи обоих электродов обнаружено значительное увеличение напряженности поля. Показано, что при повышении температуры распределение электрического поля между электродами приближается к равномерному.

Рис. 14. Распределение напряженности постоянного электрического поля в плоском конденсаторе с магнитным коллоидом при различных температурах.

Причиной наблюдаемого экспериментально распределения напряженности электрического поля может быть наличие вблизи электрода распределенного по объему электрического заряда, противоположного по знаку заряду электрода. Объемная плотность такого заряда может быть рассчитана по r div E = известному уравнению Пуассона. Произведенный расчет показал, что величина объемной плотности заряда в постоянном электрическом поле при комнатной температуре составляет =210-3 Кл/м3.

Проанализирован механизм образования приэлектродного объемного заряда за счет электрофореза и диффузии коллоидных частиц и примесных ионов [10]. Показано, что теоретическая оценка области локализации объемl0 = kT / eEV ного заряда в диффузионном слое (1-10 нм) принципиально отличается от экспериментальных значений (0.3-0.8 мм). Современные исследования [11] показывают, что в структуре приэлектродных заряженных слоев в жидких диэлектриках можно выделить кроме диффузионного слой еще и ld 0E0 / en0 EV Eнеравновесный слой, где и - напряженности поля на границах диффузионного слоя и зоны неравновесной реакции диссоциацияnрекомбинация, – концентрация носителей заряда. Оценка размера неравld новесного слоя для типичных жидких диэлектриков дает значения 0.10.3 мм, что по порядку величины согласуется с экспериментальными данными.

Следует отметить, что количественное сравнение эксперимента с теорией приэлектродных процессов в жидких диэлектриках в общем случае весьма затруднительно, т.к. требует определения констант окислительновосстановительных реакций на электроде, учета реальной поверхности электрода (наличия дефектов, шероховатостей, пленок и т.п.), а также оценки влияния на электродные процессы диффузионного двойного электрического слоя, структура которого в общем случае неизвестна.

Эксперименты по исследованию кинетики электрического ДЛП показывают, что электрофизические свойства магнитного коллоида вблизи электрода отличаются от таковых в середине межэлектродного промежутка. Малое время релаксации оптических эффектов в магнитных коллоидах (20-500 мкс) позволяет успешно применять их для исследования кинетики образования приэлектродных слоев. Поскольку величина сигнала ДЛП определяется эффективной напряженностью электрического поля в области прохождения светового луча, то регистрация ДЛП в импульсном электрическом поле с достаточно крутыми фронтами позволяет измерить характерные времена образования объемного заряда в приэлектродной области.

При возникновении на электродах ячейки электрического напряжения через магнитный коллоид протекает электрический ток, обусловленный наличием в растворе свободных носителей заряда – ионов примесей, а также коллоидных частиц магнетита, часть которых имеет электрический заряд. На поверхности электродов протекают сложные процессы рекомбинации ионов и их инжекции в раствор, что позволяет поддерживать величину тока через раствор постоянной достаточно продолжительное время. Заряженная область, возникающая вблизи электрода, лишь искажает внешнее поле, не компенсируя его полностью. Исключить возможность сквозной проводимости через ячейку и добиться ситуации, когда электрическое поле приэлектродного заряда полностью экранирует внешнее поле, возможно, если поверхность электродов покрыть тонким слоем изолятора.

Эксперименты были проведены в трех образцах магнитных коллоидов на основе керосина и трансформаторного масла значительно различающихся по проводимости и концентрации частиц твердой фазы. Изолирующий слой на поверхности электродов представлял собой тонкую полипропиленовую пленку толщиной 40 мкм. Форма сигнала ДЛП в импульсном поле в ячейке с неизолированными электродами (рис. 15а) и изолированными электродами (рис. 15б) резко отличаются. Характерные кривые сигнала ДЛП в ячейке с изолированными электродами, имеют два четко выраженных пика, которые наблюдаются во всех образцах и отличаются лишь временами спада сигнала от максимального значения. Как можно видеть из рисунка, экстремумы наблюдаются после включения и выключения поля. Форма сигнала ДЛП в ячейке с изолированными электродами объясняется следующим образом.

Сразу после включения поля приэлектродный заряд не успевает образоваться и электрическое поле в образце близко к внешнему, сигнал при этом нарастает со временем, определяемым вращательной броуновской диффузией коллоидных частиц. По мере накопления заряда в приэлектродной области напряженность поля в центре ячейки и соответственно сигнал ДЛП уменьшается (поле объемного заряда экранирует внешнее поле). После окончания действия импульса напряжения электрическое поле в ячейке теперь создается только неравномерно распределенным зарядом в ячейке, поле которого направлено противоположно действовавшему внешнему полю. Плотность приэлектродного заряда после выключения внешнего поля убывает со временем по закону близкому к экспоненте. Таким образом, при включении и выключении внешнего поля эффективное поле в центре ячейки скачком возрастает и затем уменьшается со временем.

а б Рис. 15. Электрическое ДЛП при воздействии импульса электрического поля в коллоиде на основе трансформаторного масла в электрооптической ячейке, на электродах которой (а) – нет диэлектрических пленок, (б) диэлектрические пленки установлены, n0 - максимальное значение ДЛП.

Для ячейки, заполненной магнитным коллоидом, который отделен от поверхности электрода тонкими непроводящими пленками толщиной d1 = d3 = 0.04 1 = 3 = ) размер области объемного заряда значительно мм ( d2 = меньше размеров межэлектродного промежутка мм, что позволяет использовать для описания релаксационных процессов приближение Максвелла-Вагнера. Формула для максвелл-вагнеровского времени релаксации электрического поля в ячейке легко может быть получена из рассмотрения эквивалентной схемы электрооптической ячейки с изолированными электродами (рис. 16):

C1C3 02 22d1 + 1d = R2C2 + =. (17) C1 + C3 22d1 Рис. 16. Схематическое представление распределения заряда и электрического поля в ячейке и эквивалентная электрическая схема.

Оценка времени релаксации в образце на основе керосина по формуле (17) дает значение = 0.05 - 0.1 с, что достаточно хорошо согласуется с данными кинетики электрического ДЛП в приэлектродном слое в ячейке с неизолированными электродами в импульсном поле.

Комплексные исследования электрооптических эффектов в коллоидных системах в приэлектродной области, включающие измерение прозрачности приэлектродных слоев и эффекта ДЛП в нестационарных электрических полях позволяют выяснить механизмы электризации коллоидных частиц и переноса заряда в коллоидном растворе. Важнейшей характеристикой коллоидных частиц, определяющей их роль в этих процессах является электрофоретическая подвижность. Для определения подвижности коллоидных частиц магнетита были проведены исследования кинетики изменения прозрачности приэлектродных слоев магнитных коллоидов на основе керосина и трансформаторного масла.

На рис. 17 показаны зависимости относительного изменения интенсивности прошедшего света в приэлектродной области при воздействии импульсов напряжения различной амплитуды (длительность импульса 2.5 с, период следования 10 с). При воздействии импульса напряжения прозрачность раствора вблизи электрода изменяется. Интенсивность прошедшего света первоначально уменьшается, достигает минимума в течение 0.01-0.3 с (в зависимости от величины приложенного к электродам ячейки напряжения), а затем снова возрастает и спустя 1-2 с после включения поля начинает несколько превышать первоначальное значение. Этот эффект наблюдается только при прохождении луча лазера на расстояниях менее 1 мм от поверхности электрода. При пропускании луча посередине между электродами минимум прозрачности в пределах ошибок эксперимента не наблюдается. По мере приближения луча к электроду минимум становится все более выраженным при неизменном напряжении на электродах. Эксперимент показал, что наблюдаемый эффект изменения прозрачности имеет приблизительно одинаковый характер у обоих электродов независимо от их полярности.

Рис. 17. Изменение интенсивности про- Рис. 18. Зависимость ширины минимума изшедшего света в приэлектродной области менения прозрачности от обратного напрясо временем после включения электриче- жения для образца на основе керосина.

ского поля.

Изменение интенсивности прошедшего через ячейку с магнитным коллоидом света с учетом закона Бугера-Ламберта определяется выражением:

I (t ) nE (t ) E = exp 2.3D0 - 1, - (18) I0 n0 I0 D0 nгде, и – интенсивность прошедшего света, оптическая плотность и nE концентрация коллоидных частиц в отсутствие поля соответственно, – концентрация частиц в электрическом поле. Локальное изменение концентрации коллоидных частиц в области прохождения лазерного луча приводит к изменению интенсивности прошедшего света. Характер полученных экспериментально временных зависимостей изменения прозрачности показывает, что в приэлектродном слое происходит направленное движение коллоидных частиц магнетита от поверхности одного электрода к поверхности противоположного. Такое упорядоченное движение коллоидных частиц представляет собой одиночную концентрационную волну, распространяющуюся от поверхности электрода. Причиной возникновения волны, по-видимому, является зарядка коллоидных частиц магнетита в приэлектродном слое, которая может происходить как из-за электрического контакта частиц с электродом, так и путем адсорбции ионов вблизи его поверхности. По тангенсу угла наклона зависимости ширины минимума изменения прозрачности от величины, обратной напряжению (рис. 18), определена подвижность коллоидных часk (4.5 ± 0.4)10-тиц магнетита, которая составила м2/Вс и t (6 ±1)10- м2/Вс для частиц магнетита в керосине и трансформаторном масле соответственно. Отношение подвижностей очень близко к обратному отношению вязкостей несущих жидкостей k t t k = 8. Оценка размера eDt = kT частиц с учетом формулы Эйнштейна дает значения близкие к 10 нм, что подтверждает предложенный механизм наблюдаемого эффекта изменения прозрачности в приэлектродном слое.

Трудности в интерпретации приэлектродных эффектов в магнитных коллоидах связаны с недостаточной информацией о природе проводимости и зарядообразования в приэлектродном слое и объеме раствора, а также с изменением электрофизических свойств коллоида под действием поля. Классические методы исследования электрофизических свойств дисперсных систем, такие как измерение электропроводности и диэлектрическая спектроскопия дают информацию лишь об объемных свойствах среды, заполняющей электрохимическую ячейку. Для установления природы процессов, происходящих в приэлектродных слоях необходимо делать различные, не всегда достаточно обоснованные, предположения о структуре и свойствах слоев. Использование оптических методов для изучения свойств приэлектродных слоев в диэлектрических жидкостях имеет широкие перспективы, так как они позволяют производить измерения аналогичные зондовым и надежно зафиксировать различие в свойствах магнитного коллоида в приэлектродном слое и объеме ячейки.

Рис. 19. ДЛП в магнитном коллоиде в при- Рис. 20. Диаграмма характерных областей электродном слое при воздействии импульса электрооптических эффектов в приэлекэлектрического поля длительностью 5 с и тродном слое (t-E – диаграмма).

амплитудой 0.5 МВ/м.

Классический сигнал ДЛП в импульсном электрическом поле состоит из трех монотонных областей: нарастания эффекта, стационарного значения и релаксации после выключения поля [4]. Формы электрооптических сигналов в приэлектродном слое отличаются резко немонотонным видом с чередованием максимумов и минимумов. В типичном электрооптическом сигнале, полученном вблизи поверхности электрода, можно выделить четыре харак терные области (рис. 19): I – резкое уменьшение прозрачности системы после включения поля с последующим восстановлением в течение 0.01-0.3 с (наблюдается при регистрации изменения прозрачности и слабо выражено в эффекте ДЛП); II – резкое увеличение сигнала ДЛП и прозрачности; III – колебания ДЛП и прозрачности с зависящим от величины поля периодом; IV - релаксация эффектов после выключения поля.

Теоретически показано, что изменение интенсивности света, регистрируемого в конфигурации ДЛП, сложным образом зависит от концентрации коллоидных частиц и локальной напряженности в области лазерного луча:

IE (t) nE (t)2 2.3Dst nE (t) Eloc (t) ~ exp- -1 , (19) Ist nst nst Est nst Ist Dst Est где,,, – концентрация частиц, интенсивность света, прошедшего скрещенные поляроиды, оптическая плотность и локальная напряженность поля в области лазерного луча в стационарном состоянии при длительном воздействии поля. Как видно из (19), изменение интенсивности прошедшего света в конфигурации со скрещенными поляроидами может быть объяснено не только изменением локальной концентрации частиц, но и увеличением напряженности поля в приэлектродной области вследствие образования области объемного заряда. Расчет показал, что коэффициент усиления поля в приэлектродной области по сравнению с серединой межэлектродного промежутка составляет 1.3-1.5, что достаточно хорошо согласуется с экспериментом (рис. 14). Визуально оптический эффект в области II наблюдается как кратковременная яркая вспышка вдоль поверхности электрода, если последнюю наблюдать в скрещенных поляроидах. Во временной области III при воздействии поля в течение более, чем 0.5-2 с развиваются осцилляции оптических эффектов ДЛП и изменения прозрачности. Следует отметить, что периоды колебаний прозрачности и ДЛП не совпадают, а именно колебания ДЛП происходят с меньшим периодом. На основании анализа экспериментальных данных сделан вывод о том, что на оптические эффекты в приэлектродном слое при воздействии импульсов поля влияет не только автоколебательное движение коллоидных частиц в объемном заряде, но и колебания самой величины объемного заряда, которые приводят к изменению напряженности поля вблизи поверхности электрода.

Зависимость оптических эффектов в приэлектродной области как от величины поля, так и от времени воздействия позволяет построить своеобразную t-E – диаграмму (рис. 20), на которой также можно выделить характерные области I, II и III. Использование подобной диаграммы позволяет определить характер наблюдаемых оптических эффектов при различных напряженностях поля и длительности его действия.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. На основе результатов комплексных исследований эффектов двойного лучепреломления и индуцированного изменения прозрачности магнитных коллоидов магнетита в жидких диэлектриках в стационарных и нестационарных электрическом и магнитном полях, а также динамического рассеяния света показано, что определяющую роль в этих эффектах играют не отдельные наночастицы магнетита, а агрегаты с размерами 40-100 нм.

2. При совместном действии переменного электрического и постоянного магнитного полей в магнитном коллоиде магнетита в керосине экспериментально обнаружено, что изменение интенсивности рассеянного света, вызванное действием одного поля, может быть скомпенсировано дополнительным воздействием другого при условии взаимноперпендикулярной ориентации полей. Проведена теоретическая интерпретация эффекта на основе анализа матрицы рассеяния поляризованного света ориентированными сфероидами в приближении Рэлея-Дебая-Ганса.

3. Разработана методика анализа электро- и магнитооптических экспериментов в коллоидных растворах в импульсных полях для случая конечной крутизны фронтов импульсов. В основу методики положено использование для определения коэффициента вращательной диффузии и соотношения постоянного и наведенного дипольных моментов коллоидных частиц математического аппарата интеграла Дюамеля, широко используемого при анализе переходных процессов в теории электрических цепей.

4. Экспериментально обнаружено изменение характерного времени релаксации двойного лучепреломления в магнитных коллоидах на основе жидких диэлектриков при совместном действии скрещенных электрического и магнитного полей. Оценка степени полидисперсности системы на основе подобных экспериментов дает диапазон значений размеров агрегатов 45110 нм, который коррелирует с результатами измерения оптической анизотропии таких систем в стационарных и нестационарных полях.

5. На основе экспериментальных результатов исследования эффекта двойного лучепреломления в коллоидных растворах магнетита в керосине при воздействии переменных и импульсных магнитных полей определена величина постоянного магнитного момента и анизотропии магнитной восприимчивости агрегата. Установлено, что ориентация агрегатов наночастиц магнетита в магнитном поле определяется индуцированным магнитным моментом.

6. По данным электрооптических экспериментов в переменных и импульсных электрических полях обнаружено наличие у агрегатов наночастиц магнетита, взвешенных в керосине, значительного постоянного электриче1.6 10-27 Кл·м). По результатам измерений ского дипольного момента (до эффекта двойного лучепреломления в постоянном и импульсном полях определено соотношение постоянного и наведенного электрических мо ментов агрегатов частиц магнетита. На основе электродиффузионной теории поляризации Френкеля-Трухана произведена оценка времени релаксации индуцированного дипольного момента агрегатов наночастиц магнетита и показано, что оно может превышать характерный период изменения поля. В этом случае индуцированный момент может быть идентифицирован по данным электрооптических экспериментов как постоянный.

7. Исследовано изменение оптической плотности магнитных эмульсий в переменном и импульсном магнитном поле. Экспериментальные зависимости эффекта от напряженности поля и угла между направлением распространения света и вектором напряженности магнитного поля интерпретированы в приближении аномальной дифракции. Установлена возможность взаимной компенсации индуцированного изменения оптической плотности при воздействии соосных электрического и магнитного полей.

8. Экспериментально обнаружен эффект изменения интенсивности рассеянного света, обусловленный ориентацией имеющих микронные размеры квазитвердых агрегатов наночастиц магнетита. По данным изучения кинетики эффекта в импульсном поле определена величина анизотропии маг 1.510-нитной восприимчивости таких агрегатов м3.

9. Электро- и магнитооптическими методами установлена величина и область локализации приэлектродного объемного заряда в ячейке с плоскопараллельными электродами, заполненной коллоидными растворами магнетита в жидких диэлектриках. На основе экспериментов в электрооптических ячейках с изолированными электродами определено время релаксации объемного заряда в коллоидах на основе керосина и трансформаторного масла.

10. Обнаружен оптический эффект кратковременного изменения прозрачности приэлектродного слоя магнитного коллоида при включении электрического поля. Проведена интерпретация эффекта на основе представлений о распространении от поверхности электрода одиночной концентрационной волны заряженных коллоидных частиц в течение 0.01-0.3 секунд после включения поля. По экспериментальным данным рассчитаны электрофоретические подвижности коллоидных частиц магнетита в керосине и трансформаторном масле, которые находятся в хорошем согласии с расчетом по известному соотношению Эйнштейна.

11. Исследованы оптические эффекты электрического двойного лучепреломления и изменения оптической плотности в приэлектродном слое магнитного коллоида на основе жидких диэлектриков. Выделены характерные области оптических эффектов в зависимости от длительности воздействия поля и его величины, а также предложены физические модели интерпретации эффектов в различных областях.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ПРЕДСТАВЛЕНО В РАБОТАХ Статьи в рекомендованных ВАК научных журналах:

1. Падалка В.В., Ерин К.В. Двулучепреломление магнитной жидкости в магнитном поле // Вестник Ставропольского государственного университета.

1999. № 18. С. 86-92.

2. Падалка В.В., Ерин К.В. Изучение кинетики электрического двойного лучепреломления в коллоидных системах магнитных частиц // Коллоидный журнал. 2001. Т. 63, № 3. С. 389-393.

3. Падалка В.В., Ерин К.В. Исследование магнитной жидкости методом рассеяния света // Вестник Ставропольского государственного университета.

2002. №31. С. 23-25.

4. Падалка В.В., Ерин К.В., Борисенко О.В. Экспериментальные методы обнаружения кластеров магнитных частиц в магнитных жидкостях // Вестник Ставропольского государственного университета. 2003. №34. С. 4048.

5. Yerin C.V., Padalka V.V. Influence of electric field upon the formation of particles cluster in magnetic fluid // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2005. V. 289. P. 105-107.

6. Ерин К.В., Падалка В.В. Рассеяние света в магнитных коллоидах при одновременном воздействии электрического и магнитного полей // Вестник Ставропольского государственного университета. 2005. №43. С. 93-99.

7. Ерин К.В. Экспериментальное исследование изменения прозрачности разбавленной магнитной жидкости в постоянном магнитном поле // Журнал технической физики. 2006. Т. 76, вып. 9. С. 94-97.

8. Ерин К.В. Куникин С.А. Магнитооптический эффект в агрегированном магнитном коллоиде // Вестник Ставропольского государственного университета. 2006. №47, ч.2. С. 79-83.

9. Yerin C.V. Light scattering in colloidal solution of magnetite in electric and magnetic fields // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2007. V. 56. Р. 161162.

10. Ерин К.В., Куникин С.А. Рассеяние света агрегатами наночастиц магнетита при воздействии магнитного поля // Журнал технической физики. 2007.

Т. 77, вып. 10. С. 91-94.

11. Ерин К.В., Куникин С.А. Изменение интенсивности рассеяния света в коллоиде магнетита при одновременном воздействии электрического и магнитного полей // Оптика и спектроскопия. 2007. Т. 102, №5. С.843-848.

12. Ерин К.В. Об электрическом дипольном моменте коллоидных частиц магнетита в жидких диэлектриках // Коллоидный журнал. 2007. Т. 69, №6.

С. 747-752.

13. Ерин К.В., Куникин С.А. Эффект изменения оптической плотности магнитной эмульсии в электрическом и магнитном полях // Оптика и спектроскопия. 2008. Т. 104, №2. С. 319-323.

14. Ерин К.В. Электрический дипольный момент агрегатов частиц в коллоидных растворах магнетита в жидких диэлектриках // Коллоидный журнал.

2008. Т. 70, № 4. С. 471-476.

15. Ерин К.В. Исследование образования приэлектродного объемного заряда в коллоидных растворах магнетита в жидких диэлектриках электрооптическим методом // Журнал технической физики. 2008. Т. 78, вып. 4. С.

133-136.

16. Yerin C.V. Determination of Magnetic Moments of Magnetite Nanoparticles Aggregates by Optical Methods // Solid State Phenomena. 2009. V. 152-153.

P. 163-166.

17. Ерин К.В., Диканский Ю.И. Применение эффекта электрического двойного лучепреломления для исследования процессов релаксации заряда в коллоидных растворах магнетита // Письма в «Журнал технической физики». 2009. Т. 35, вып. 10. С. 58-65.

18. Ерин К.В. Магнитооптические исследования агрегатов наночастиц в коллоидных растворах магнетита // Оптика и спектроскопия. 2009. Т. 106, №6. С. 945-949.

19. Ерин К.В. Изучение электрофоретического движения наночастиц магнетита в жидких диэлектриках электрооптическим методом // Нанотехника.

2009. №2(18). С. 24-27.

20. Ерин К.В. Оптическая анизотропия коллоидных растворов наноразмерных частиц магнетита в магнитном и электрическом полях (к 40-летию с начала исследований) // Вестник Ставропольского государственного университета. 2009. №63(4). С. 96-99.

21. Ерин К.В. Малогабаритный источник питания для электрооптических экспериментов в коллоидных растворах // Приборы и техника эксперимента. 2010. №2. С. 178-179.

22. Ерин К.В. Определение подвижности коллоидных частиц магнетита в жидких диэлектриках электрооптическим методом // Коллоидный журнал. 2010. Т. 72, №4. С. 481-485.

23. Ерин К.В. Электрооптические эффекты в приэлектродных слоях в магнитных коллоидах на основе жидких диэлектриков // Оптика и спектроскопия. 2010. Т. 109, №3. С. 540-545.

Публикации в других изданиях:

24. Падалка В.В., Ерин К.В. Учет влияния несферичности частиц в одночастичной модели двулучепреломления в магнитной жидкости // Сборник научных трудов III Всероссийского симпозиума «Математическое моделирование и компьютерные технологии». Кисловодск: Изд-во КИЭП, 1999. С. 37-39.

25. Падалка В.В., Ерин К.В. Измерение напряженности электрического поля методом компенсации двойного лучепреломления в магнитных жидкостях // IV Всероссийская научно-техническая конференция «Методы и средства измерений физических величин». Ч.3. Нижний Новгород: Изд-во НГТУ, 1999. С. 14.

26. Падалка В.В., Ерин К.В. Экспериментальная установка для изучения кинетики двойного лучепреломления в разбавленных магнитных жидкостях в импульсных внешних полях // Сборник научных трудов 9-й Международной Плесской конференции по магнитным жидкостям. Т. 2. Иваново:

Изд-во ИГЭУ, 2000. С. 390-393.

27. Падалка В.В., Ерин К.В. О механизме магнитного двойного лучепреломления в разбавленных магнитных жидкостях // Материалы Всероссийской научной конференции «Математическое моделирование в научных исследованиях». Ставрополь: Изд-во СГУ, 2000. Ч. 1. С. 209-213.

28. Падалка В.В., Ерин К.В. Изучение распределения электрического поля в плоском конденсаторе с магнитной жидкостью методом компенсации двойного лучепреломления // Сборник научных трудов I Российской научно-практической конференции «Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе». Т.2. Ставрополь: Изд-во СГСХА, 2000. С. 307-309.

29. Ерин К.В., Падалка В.В. Кинетика двойного лучепреломления в коллоидных системах ультрамалых частиц при воздействии электрического и магнитного полей // Тезисы докладов Всероссийской научнопрактической конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии». Ставрополь: Изд-во СевКавГТУ, 2001. C. 80.

30. Yerin C.V., Padalka V.V. Relaxation of the birefringence induced by external fields in a ferromagnetic colloid // Book of Abstracts 9-th International Conference on Magnetic Fluids. Bremen, 2001. P. 226.

31. Padalka V.V., Yerin С.V. Compensation of the Kerr-effect and Cotton-Mouton effect in a magnetic colloids under the action pulsed external fields // Book of Abstracts 9-th International Conference on Magnetic Fluids. Bremen, 2001. P.

124.

32. Yerin C.V., Padalka V.V. Kinetics of magnetooptical effect in a ferromagnetic colloids // Book of Abstracts Moscow International Symposium on Magnetism MISM-2002. Moscow: MSU, 2002. P. 210.

33. Падалка В.В., Ерин К.В. Оптический метод обнаружения агрегатов в разбавленных магнитных коллоидах // Сборник научных трудов 10-й Международной Плесской конференции по магнитным жидкостям. Иваново:

Изд-во ИГЭУ, 2002. С. 162-167.

34. Падалка В.В., Ерин К.В. Изучение приэлектродных процессов в диэлектриках с магнитными коллоидными частицами // Сборник докладов VII Международной конференции «Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики жидкостей». С.-Петербург: СПбГУ, 2003. С. 208210.

35. Padalka V.V., Yerin C.V. The light scattering by clusters of magnetic particles in electric and magnetic fields // Abstracts of International workshop on recent advances in nanotechnology of magnetic fluids. New Delhi, 2003. P. 157-159.

36. Padalka V.V., Yerin C.V. Light scattering of magnetic fluids in AC electric and magnetic fields // Abstracts of International Symposium on Advanced Magnetic Materials. Tokyo, 2003. 200 p.

37. Yerin C.V., Padalka V.V. Influence of Electric Field on Particles Cluster Formation in Magnetic Fluid // Abstracts of 10-th International Conference on Magnetic Fluid. Guaruj, 2004. P. 216.

38. Падалка В.В., Ерин К.В. Рассеяние света магнитной жидкостью в скрещенных электрическом и магнитном полях // Сборник научных трудов 11-й Международной Плесской конференции по магнитным жидкостям – Иваново: Изд-во ИГЭУ, 2004. С. 96-100.

39. Ерин К.В. Изменение прозрачности магнитного коллоида в переменном магнитном поле // Труды IV Международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика - 2005». С.-Петербург: СПбГУ ИТМО, 2005.

С. 271-272.

40. Yerin C.V. Light Scattering by Magnetic Colloids in Electric and Magnetic Fields // 11-th International Symposium on Colloidal and Molecular Electrooptics ELOPTO-06. Kyoto, 2006. P.117.

41. Ерин К.В., Куникин С.А. Электро- и магнитооптические эффекты в магнитных эмульсиях // Сборник научных трудов Всероссийской научной конференции «Физико-химические и прикладные проблемы магнитных дисперсных наносистем». Ставрополь: Изд-во СГУ, 2007. С. 71-75.

42. Ерин К.В. Исследование кинетики образования приэлектродных слоев в магнитных жидкостях электрооптическим методом // Сборник научных трудов Всероссийской научной конференции «Физико-химические и прикладные проблемы магнитных дисперсных наносистем». Ставрополь:

Изд-во СГУ, 2007. С. 76-80.

43. Yerin C.V. Determination of Magnetic Moments of Magnetite Nanoparticles Aggregates by Optical Methods // Book of Abstracts of Moscow International Symposium on Magnetism (MISM-08). Moscow: MSU, 2008. P. 459-460.

44. Yerin C.V., Kunikin S.A. Electro-Magnetooptics of Emulsions with Magnetic Droplets // Abstracts of 7-th International Conference on the Scientific and Clinical Applications of Magnetic Carriers. Vancouver, 2008. P. 92.

45. Ерин К.В., Диканский Ю.И. Определение времени релаксации объемного заряда в магнитных коллоидах по измерению эффекта двойного лучепреломления // Сборник научных трудов 13-й Международной Плесской конференции по нанодисперсным магнитным жидкостям. Иваново:

ИГЭУ, 2008. С. 69-75.

46. Ерин К.В. Двойное лучепреломление в магнитных жидкостях в магнитном и электрическом полях (к 40-летию с начала исследований) // Сборник научных трудов II Всероссийской научной конференции «Физикохимические и прикладные проблемы магнитных дисперсных наносистем». Ставрополь: Изд-во СГУ, 2009. С. 60-65.

47. Ерин К.В. Определение подвижности коллоидных частиц магнетита в жидких диэлектриках по данным электрооптических экспериментов // Сборник научных трудов II Всероссийской научной конференции «Физико-химические и прикладные проблемы магнитных дисперсных наносистем» Ставрополь: Изд-во СГУ, 2009. С. 116-122.

48. Куникин С.А., Ерин К.В. Особенности релаксации процессов намагничивания и двойного лучепреломления магнитных жидкостей на основе минеральных масел // Проведение научных исследований в области индустрии наносистем и материалов. Материалы Всероссийской научной конференции с элементами научной школы для молодежи. Белгород: Изд-во БелГУ, 2009. С. 262-264.

49. Yerin C.V. Near-Electrode Electro-Optical Effects In Magnetic Colloids // 12th International Conference on Magnetic Fluids. Abstract Book. Sendai, 2010.

P.70-71.

50. Ерин К.В. Электрооптика приэлектродных слоев магнитных коллоидов // Сборник научных трудов 14-й Международной Плесской научной конференции по нанодисперсным магнитным жидкостям. Иваново: ИГЭУ, 2010. С. 83-88.

СПИСОК ЦИТИРОВАННЫХ РАБОТ [1] Скибин Ю.Н., Чеканов В.В., Райхер Ю.Л. Двойное лучепреломление в ферромагнитной жидкости // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1977. Т. 72, вып. 3. С. 949-955.

[2] Чеканов В.В. Магнетизм малых частиц и их взаимодействие в коллоидных ферромагнетиках. Дис… д-ра физ.-мат. наук. Ставрополь, 1985.

361 с.

[3] Войтылов В.В., Трусов А.А. Электрооптика и кондуктометрия полидисперсных систем. Л.: Изд-во ЛГУ, 1989. 188 с.

[4] Электрооптика коллоидов / Под ред. С.С. Духина. Киев: Наукова думка, 1977. 200 с.

[5] Кожевников В.М., Падалка В.В., Райхер Ю.Л., Скибин Ю.Н., Чеканов В.В.

Оптическая анизотропия магнитной жидкости в скрещенных электрическом и магнитном полях // Известия АН СССР. Сер. физ. 1987. Т. 51, №6.

С. 1042-1048.

[6] Хлебцов Н.Г. Ослабление и рассеяние света в дисперсных системах с неупорядоченными, ориентированными и фрактальными частицами (теория и эксперимент). Дис… д-ра физ.-мат. наук. Саратов, 1996. 559 с.

[7] Толстой Н.А., Спартаков А.А. Электрооптика и магнитооптика дисперсных систем. С.-Петербург: Изд-во СПбГУ, 1996. 244 с.

[8] Такетоми С., Тикадзуми С. Магнитная жидкость. М.: Мир, 1993. 272 с.

[9] Диканский Ю.И., Нечаева О.А., Закинян А.Р., Константинова Н.Ю. Эффекты структурных превращений в магнитных эмульсиях // Коллоидный журнал. 2007. Т. 69. № 6. С. 737-741.

[10] Падалка В.В. Взаимодействие коллоидных магнитных частиц с электрическим и магнитным полями. Дис… д-ра физ.-мат. наук. Ставрополь, 2004. 359 с.

[11] Жакин А.И. Приэлектродные и переходные процессы в жидких диэлектриках // Успехи физических наук. 2006. Т. 176, №3. С. 279-310.






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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.