WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. 10 03;12 О влиянии структурной организации на релаксацию магнитного момента дисперсных частиц в магнитной жидкости © Д.В. Гладких,1 Ю.И. Диканский,1 К.А. Балабанов,2 А.В. Радионов3 1 Ставропольский государственный университет, 355009 Ставрополь, Россия e-mail: genphys@stavsu.ru 2 Филиал Военно-воздушной инженерной академии им. проф. Н.Е. Жуковского, 355003 Ставрополь, Россия 3 Научно-производственное внедренческое предприятие „Феррогидродинамика“, 54030 Николаев, Украина (Поступило в Редакцию 14 марта 2005 г.) Исследована комплексная магнитная восприимчивость магнитной жидкости на основе вакуумного масла, получившей применение в технике в качестве магнитоуплотняющей среды. На основе анализа полученных результатов установлены особенности процессов релаксации магнитного момента дисперсных частиц, связанные с их структурной организацией под воздействием внешних факторов.

Введение помощью измерителя иммитанса LCR-817, погрешность определения эффективного значения действительной чаИсследованию магнитных и структурных свойств магсти магнитной восприимчивости не превышала 0.1%, нитных жидкостей (МЖ) посвящено достаточно больмнимой части — 0.3%. Частотные зависимости шое количество работ [1,2]. Наиболее распространенвосприимчивости исследовались без и при воздействии ными и в большей степени исследованными являются внешнего постоянного однородного магнитного поля.

магнитные жидкости на основе керосина. Однако на практике применение получили жидкости на более вязких основах: минеральных маслах и кремнийорганичеЭкспериментальные результаты ских средах. Эффекты взаимодействия частиц в таких и их обсуждение МК и их структурные свойства остаются до настоящего времени малоизученными. Настоящая работа посвящена Оказалось, что начальный участок концентрационной экспериментальному изучению влияния структурной орзависимости магнитной восприимчивости мало отличаганизации на процессы релаксации магнитного момента ется от линейного вплоть до концентрации 4% (рис. 1, дисперсных частиц в магнитной жидкости на основе кривая 1).

вакуумного масла.

Методика эксперимента и объект исследования В качестве исходного образца для исследования была использована магнитная жидкость с магнетитовыми частицами на основе вакуумного масла с объемной концентрацией = 8.6% и намагниченностью насыщения 41.3 kA/m. Образец представлял собой магнитную жидкость однородной консистенции, устойчивую относительно расслоения при изменении температуры и воздействии магнитных полей. Из исходного образца путем разбавления жидкостью-носителем был получен концентрационный ряд магнитных жидкостей, состоящий из 14 образцов, концентрация самого разбавленного из которых составляла = 0.67%. Магнитная восприимчивость измерялась мостовым методом. Действительная и мнимая части комплексной магнитной восприимчивости рассчитывались по изменению индукРис. 1. Зависимость магнитной восприимчивости от контивности и добротности соленоида при внесении в него центрации дисперсных частиц при воздействии постоянного исследуемого образца. Измерения осуществлялись с магнитного поля. H, kA/m: 1 —0, 2 — 2.15, 3 —4.3, 4 —5.8.

140 Д.В. Гладких, Ю.И. Диканский, К.А. Балабанов, А.В. Радионов нитной восприимчивости имеют различный характер в случае получения их без и при воздействии внешнего постоянного магнитного поля. В отсутствие внешнего поля монотонно возрастает (рис. 3, кривая 1) с увеличением частоты измерительного поля. При наложении магнитного поля в частотной зависимости мнимой части ( f ) появляется максимум при некоторой частоте, зависящей от напряженности постоянного магнитного поля (рис. 3, кривые 2–7). При этом первоначально при увеличении напряженности поля от 0 до 1.6 kA/m частота, соответствующая максимуму, несколько уменьшается, а при последующем повышении напряженности постоянного магнитного поля начинает увеличиваться.

Расчет эффективного времени релаксации магнитного момента дисперсных частиц при использовании значения частоты максимума ( = 1/ f ) позволил построить p зависимость от напряженности внешнего магнитного Рис. 2. Зависимость относительной интенсивности светорасполя, представленную на рис. 4 (на рис. 3 и 4 приведены сеяния от концентрации дисперсных частиц.

полученные зависимости для образца с концентрацией = 8.6%, для остальных образцов полученные зависимости имеют аналогичный характер). Проведенные Воздействие внешнего постоянного магнитного по- исследования позволили получить также зависимость времени релаксации от концентрации дисперсной фаля приводит к „сглаживанию“ кривой (), так что зы при разных значениях магнитного поля (рис. 5).

при достаточно большой напряженности постоянного магнитного поля она становится близкой к линейной Обнаруженные особенности релаксации магнитного во всем исследованном концентрационном интервале момента, по-видимому, связаны с возникновением струк(рис. 1, кривые 2–4). турной организации в системе дисперсных частиц при воздействии внешнего магнитного поля, что ранее теоНаблюдения через оптический микроскоп показали, ретически исследовалось в работах [3–6]. В частности, что при изменении концентрации путем разбавления исходного, первоначально однородного образца в обла- в [3] рассматривается изменение времени релаксации сти концентраций, соответствующих 4%, в магнитной при формировании в магнитных жидкостях цепочечных жидкости начинается процесс структурообразования. агрегатов.

При этом наибольшее число агрегатов наблюдается в Качественное согласие полученных результатов с выобразцах с концентрацией дисперсной фазы 3-3.5%, водами работы [3] позволяет предположить что, наблючто подтверждается также результатами исследования светорассеяния тонкими слоями исследованных образцов (рис. 2, кривая 1 получена без магнитного поля, кривая 2 — при воздействии магнитного поля, направленного вдоль плоскости слоя магнитной жидкости, напряженностью H = 4.6kA/m). Здесь I0 —интенсивность падающего на образец света, I —интенсивность рассеянного света.

Можно предположить, что при разбавлении первоначально однородной магнитной жидкости за счет возникающего дефицита поверхностно-активного вещества образуются агрегаты с частично замкнутыми магнитными моментами однодоменных дисперсных частиц. Наличие таких агрегатов и может быть причиной линейности начального участка концентрационной зависимости.

Под действием внешнего постоянного магнитного поля происходит объединение агрегатов в цепочки, которые выстраиваются вдоль направления поля, что и приводит к усилению анизотропного светорассеяния при воздейРис. 3. Частотная зависимость мнимой части комплексной ствии поля, наблюдающегося в эксперименте.

магнитной восприимчивости при воздействии постоянного Оказалось, что для всех исследованных образцов магнитного поля. H, kA/m: 1 —0, 2 —0.4, 3 —0.8, 4 —1.75, частотные зависимости мнимой части комплексной маг- 5 — 3.26, 6 — 6.45, 7 — 9.67.

Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. О влиянии структурной организации на релаксацию магнитного момента дисперсных частиц... с временем релаксации от до + d. В этом случае для компонент комплексной магнитной восприимчивости можно записать c( )d c( )d () =, () =, (1) 2 1 + 2 1 + 0 где = 2 f.

Функцию распределения времен релаксации c( ) в формулах (1) можно вычислить по экспериментально полученным зависимостям () и (). Такая задача была решена в работе [7], где получено, что при достаточно малых частотах поведение намагниченности может быть описано одним эффективным временем релаксации ef Рис. 4. Зависимость времени релаксации от напряженности ef = c()d, = c( )d. (2) постоянного магнитного поля.

0 Здесь функция c() вводится в результате замены переменных ( = exp(), c( ) =c() exp(-), = ln 10) таким образом, чтобы выполнялось соотношение c()d = c( )d.

Наибольший вклад в эффективное время релаксации дают времена с наибольшим значением c. Однако вклад в магнитную восприимчивость жидкости частиц пропорционален квадрату их объема. Поэтому крупные частицы оказывают существенное влияние на магнитные свойства жидкости, несмотря на их малое количество.

В постоянном магнитном поле время релаксации частиц уменьшается с ростом поля. Зависимость времени релаксации от поля определяется параметром Ланжевена MSVH/kT [8]. Для крупных частиц параметр Ланжевена становится большим даже в слабых полях.

В результате этого происходит резкое уменьшение фукнции c(). Также при одном и том же поле крупные Рис. 5. Зависимость времени релаксации от концентрации частицы находятся ближе к состоянию насыщения, чем дисперсных частиц при воздействии постоянного магнитного более мелкие. Поэтому вклад крупных частиц в восполя. H = 3.26 (1), 6.45 kA/m (2).

приимчивость с ростом поля уменьшается быстрее, чем вклад мелких. Вследствие этого происходит уменьшение времени релаксации. Происходящие в магнитной жидкодающиеся особенности магнитных свойств исследован- сти под действием магнитного поля процессы агрегироных образцов магнитной жидкости связаны с образова- вания приводят к увеличению влияния указанных выше нием цепочечных агрегатов при воздействии внешнего процессов на величину времени релаксации.

постоянного магнитного поля. Параметры цепочек завиМожно предположить, что именно с этими процессят от концентрации дисперсной фазы, первоначального сами связаны обнаруженные в настоящей работе осоструктурного состояния образца и от напряженности бенности релаксации намагниченности. В первоначально магнитного поля.

однородной магнитной жидкости при наложении внешЗаметим, что в действительности в магнитной жидко- него постоянного магнитного поля начинается процесс сти имеет место разброс частиц по размеру. Поэтому образования цепочечных агрегатов. Это приводит к магнитная жидкость не описывается дискретным набо- возрастанию времени релаксации (см. рис. 4). При дальром времен релаксации: в ней представлены все времена нейшем увеличении напряженности поля рост цепочек релаксации с весом c( ). Функция c( ) вводится продолжается, но здесь решающую роль играют эффектак, что величина c( )d является частью равновесной ты, связанные с укрупнением агрегатов, что приводит к дифференциальной магнитной восприимчивости dM/dH уменьшению времени релаксации.

Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. 142 Д.В. Гладких, Ю.И. Диканский, К.А. Балабанов, А.В. Радионов В заключение также отметим, что с возникновением структурного упорядочения при воздействии постоянного магнитного поля, по-видимому, и связана хорошая работоспособность исследованного образца в магнитожидкостных уплотнениях.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 04-02-16901).

Список литературы [1] Фертман В.Е. Магнитные жидкости. Минск: Вышейшая школа, 1988. 184 с.

[2] Блум Э.Я., Майоров М.М., Цеберс А.О. Магнитные жидкости. Рига: Зинатне, 1986. 386 с.

[3] L.Yu. Iskakova, A.Yu. Zubarev. // JMMM. 2002. Vol. 252.

P. 74–76.

[4] S. Taketomi. // Phys. Rev. E. 1998. Vol. 57. N 3. P. 3073–3086.

[5] Пацегон Н.Ф. // Магнитная гидродинамика. 1991. № 3.

С. 10–16.

[6] Пацегон Н.Ф. // Магнитная гидродинамика. 1991. № 4.

С. 40–44.

[7] Агабекян Э.М., Иванов А.Г., Кирюшин В.В. и др. // Магнитная гидродинамика. 1986. № 2. С. 65–72.

[8] Марценюк М.А., Райхер Ю.Л., Шлиомис М.И. // ЖЭТФ.

1973. Т. 65. № 2. С. 834–840.

Журнал технической физики, 2005, том 75, вып.




© 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.