Предыдущая страница реферата | 1  2  3 | Следующая страница реферата

Согласование экспериментальных данных с рассчитанными по этой

формуле получено также в работе [15].

Магнитогранулометрические расчеты, проводившиеся в ряде работ [13,14,16], показали, что значение диаметра частицы, найденное по магнитным измерениям в слабых полях, всегда больше найденного по магнитным измерениям в сильных полях. Как правило это объясняется тем, что в слабых полях в намагниченность МЖ больший вклад вносят крупные частицы, тогда как в области насыщения начинают ориентироваться и более мелкие частицы, находящиеся в более интенсивном броуновском движении. Вместе с тем, простой анализ магнитогранулометрического метода ставит под сомнение правомерность таких объяснений.

Уравнения, описывающие движение дисперсной намагничивающейся среды с использованием методов термодинамики необратимых процессов, выведены в работах В.В. Гогосова и др.[17].

B ряде работ [18-22] магнитная жидкость рассматривается как однородная жидкость с внутренними моментами вращения (предполагается жесткая связь магнитного момента частицы с ее твердой матрицей). В этом случае в гидродинамические уравнения входят tD - броуновское время ориентационной релаксации частицы и tS - время затухания собственного вращения частицы, которые зависят от размера частиц с сольватной оболочкой. Экспериментальное определение времени ориентационной релаксации осуществлялось в ряде работ [23,24], однако до настоящего времени она не является однозначно решенной ввиду ее сложности. Учет вращательных степеней свободы, как показано М.И.Шлиомисом [22] для магнитожестких частиц и А.О.Цеберсом [25] для частиц с неелевским механизмом релаксации, позволяет объяснить увеличение вязкости магнитных жидкостей во внешнем магнитном поле. Другой причиной увеличения вязкости МЖ в магнитном поле может быть взаимодействие частиц, приводящее к образованию цепочечных агрегатов. Так, в работе [26] по результатам исследования вязкости МЖ при различной ориентации поля проведены оценки анизотропии формы частиц, а из сопоставления результатов измерения вязкости, намагниченности и времен релаксации магнитного момента сделан вывод, что коллоидные частицы МЖ не являются однодоменными, а представляют собой агрегаты однодоменных частиц. На существенный вклад диполь-дипольного взаимодействия во внутреннее трение в МЖ указано в работах [27, 28], где обнаружено, что концентрированные магнитные жидкости проявляют неньютоновские свойства. В [28] показано, что обнаруженный при малых скоростях сдвига предел текучести пропорционален силе магнитодипольного взаимодействия частиц. На проявление неньютоновских свойств магнитных жидкостей, связанное с магнитодипольным взаимодействием дисперсных частиц, указывалось также в [29], где показано, что начальное напряжение сдвига зависит от напряженности магнитного поля.

Таким образом, до некоторых пор считалось установленным фактом, что магнитная жидкость ведет себя в магнитном поле как однородная суперпарамагнитная среда, в которой элементарным носителем магнетизма являются дисперсные частицы. Однако, в дальнейшем, вместе с осуществлением синтеза более концентрированных магнитных жидкостей, стало появляться все больше работ, ставящих под сомнение применимость для описания свойств МЖ модели однородной среды, подчиняющейся классической теории парамагнетизма. Следовательно исследование процессов структурообразования является весьма актуальным для дальнейшего развития физики магнитных жидкостей.

Структурно-динамические образования в магнитных жидкостях.

Современные успехи в области синтеза магнитных жидкостей, позволяют получать магнитные коллоиды устойчивые к расслоению и сохраняющие свои свойства длительное время. Тем не менее, даже в

таких МЖ не исключена возможность объединения частиц в агрегаты, когда расстояние между ними соответствует вторичному минимуму энергии их взаимодействия при сохранении барьера отталкивания. Эти процессы исследованы в ряде экспериментальных и теоретических работ, анализ которых неоднократно проводился в обзорах [1-3] и в диссертациях (например в [30-32]).

Де Жен и Пинкус [33] рассмотрели коллоид, состоящий из идентичных ферромагнитных частиц, взвешенных в пассивной по отношению к магнитному полю жидкости. Для характеристики диполь-дипольного взаимодействия, приводящего к агрегированию введен параметр, называемый константой спаривания . При условии b = 1, т.е.  возможен магнитный фазовый переход с образованием для верхнего предела плотности решетки антиферромагнитного типа. При этом, реализация антиферромагнитного упорядочения предполагается в цепочечной структуре, среднее число частиц в которой зависит от напряженности внешнего поля и величины параметра магнитодипольного взаимодействия. Следует отметить, что полидисперсность частиц в реальных магнитных жидкостях вносит существенные трудности в разработку предложенной авторами модели, что понижает достоверность сделанных ими выводов о возможности реализации в МЖ антиферромагнитного состояния.

В работе [21] А.О. Цеберс, рассматривая магнитную жидкость как идеальный многокомпонентный газ, исследовал ассоциации частиц и возможность образования нитевидных агрегатов в магнитном поле. В частности им показано, что с увеличением концентрации твердой фазы среднее число частиц в агрегате возрастает. Д. Крюгером было указано, что образование агрегатов начинается с небольших образований из крупных частиц, которые присутствуют в МЖ даже при отсутствии магнитного поля. В магнитном поле, сильное взаимодействие агрегатов приводит к их слиянию и образованию агрегатов веревочного типа. Д. Крюгером и Р.Петерсоном отмечено, что для понимания процессов агрегирования необходимы экспериментальные исследования характерных времен агрегирования и влияния сдвиговых усилий на агрегаты. Отметим, что результаты исследований в этом направлении могли бы быть также полезными в связи с применением МЖ в магнитожидкостных уплотнениях, где МЖ подвергаются воздействию сильных магнитных полей и сдвиговой деформации.

Экспериментальное исследование возникновения агрегатов, проведенное в работе в некоторых случаях дало качественное согласие с выводами, сделанными в теоретических работах. Так отмечено, что при увеличении среднего размера дисперсных частиц образование цепочечных структур происходит даже в слабых полях, что удовлетворяет теории. Во многих работах, посвященных экспериментальному исследованию процессов агрегирования использованы оптические методы. В работе изучалось обратимое образование цепочечных агрегатов в магнитной жидкости на основе воды. Было обнаружено изменение интенсивности света, прошедшего через кювету с магнитной жидкостью в магнитном поле, которое объясняется образованием агрегатов. Интенсивность рассеянного света изменялась в соответствии с выражением  , где Ф0 - интенсивность падающего света,, l - длина волны света, y - угол между рассеянным и проходящим светом, Dh- ширина цепочечного агрегата.

Среднее значение ширины агрегата оказалось равным Dh = 0,9·10-5 м. Такие агрегаты можно наблюдать в оптический микроскоп, что и было осуществлено. При визуальных наблюдениях выяснено, что образование агрегатов является обратимым, их длина зависит от напряженности магнитного поля, а число частиц в агрегате во всех случаях превосходит значения, которые дает теория. Оптический метод исследования агрегирования был использован в работах Бибика Е.Е. и др. Было обнаружено уменьшение прозрачности магнитной жидкости при воздействии на нее магнитного поля, что связано авторами с происходящим при этом процессом агрегирования. Ими также рассмотрено влияние электрического поля, направленного перпендикулярно магнитному на магнитооптический эффект, обусловленный агрегированием.

Процессы агрегирования с помощью исследования дифракционного светорассеяния изучались в ряде работ. Вследствие вытянутости агрегатов вдоль магнитного поля и соизмеримости их поперечных размеров с длиной световой волны, они в своей совокупности действуют как нерегулярная дифракционная решетка, значительно (на 1-3 порядка), увеличивая интенсивность светорассеяния в плоскости перпендикулярной полю. Теоретически рассеяние света тонкими слоями МЖ, содержащими вытянутые вдоль поля агрегаты, было рассмотрено Райхером Ю.Л. При этом, предполагалось, что слой магнитного коллоида представляет собой чередование параллельных цепочек из частиц, так, что межцепочечные промежутки образуют систему узких прозрачных щелей, рассеивающих свет. Была рассчитана угловая зависимость интенсивности монохроматического света, рассеиваемого такой системой, когда отсутствует порядок в расположении щелей.

Экспериментальное исследование анизотропного рассеяния света проведено в, где исследуемые образцы магнитной жидкости получали разбавлением концентрированных МЖ растворителем и растворителем с добавлением ПАВ, установлена связь между структурой разбавленных МЖ и характеристиками светорассеяния ими в магнитном поле. Дифракционное светорассеяние тонкими слоями МЖ, подверженных действию магнитного поля, исследовано в работе А.Ф.

Пшеничникова. Обработка полученных экспериментально индикатрис рассеяния с применением теоретических выводов позволила автору получить информацию о процессах агрегирования и динамике трансформации агрегатов в магнитном поле.

Исследование структурной анизотропии коллоидных систем возможно также с помощью изучения явления двойного лучепреломления в таких средах. Исследованию этого эффекта, возникающего в магнитных жидкостях при воздействии магнитного поля посвящен ряд работ. Отметим, что во многих работах причиной оптической анизотропии считается неидеальная форма частиц, которую можно охарактеризовать отношением полуосей b/a некоторого эквивалентного эллипсоида вращения. В магнитном поле происходит ориентационное упорядочение частиц и коллоид приобретает анизотропные свойства. При этом, вследствие малости частиц по сравнению с длиной волны в видимой области спектра, анизотропию коллоида можно описать тензором поляризуемости коллоидной частицы на оптических частотах:

где единичный вектор n направлен вдоль выделенного направления частицы, а a|| и a^ - параллельная и поперечная (по отношению к n) компоненты поляризуемости частицы в электрическом поле световой волны. В этом случае изотропная часть тензора диэлектрической проницаемости может быть представлена в виде [3]:

(< > - усреднение с функцией распределения направлений n; с - объемная концентрация частиц). В равновесном состоянии для тензора анизотропии магнитного коллоида в магнитном поле, что также показано в, следует выражение:

,

а разность коэффициентов преломления света, поляризованного вдоль и поперек направления намагничивающего поля

Это выражение без множителя (n2 - 2)/3 рассматривалось в работах, а для малых значений параметра эффективной магнитной анизотропии - в. Согласно результатам некоторых экспериментальных работ, в которых разность n|| - n^ определялась по сдвигу фаз d=2пl(n||- n^)/l между поляризованными перпендикулярно внешнему магнитному полю и вдоль него лучами при прохождении света через образец коллоида толщиной l, магнитное двулучепреломление хорошо описывается ориентационной моделью для независимых частиц. В работах исследовано двойное лучепреломление в магнитных жидкостях в электрическом и магнитном поле, где также интерпретация полученных результатов построена на основе одночастичной модели. Анализ полученных результатов позволил из условия компенсации эффектов Керра и Котона-Мутона определить магнитный момент частицы, которому соответствует радиус ее магнитного керна около 5 нм. Это может указывать, что ориентационная модель пригодна и для описания эффектов двулучепреломления при совместном действии электрического и магнитного полей. Вместе с тем, ряд экспериментальных результатов оказалось затруднительным объяснить на основе этой модели. Например, в работе проведен анализ применимости ориентационной модели для описания магнитооптических эффектов широкого класса коллоидов, где указано, что для коллоидов магнетита в углеводородных средах интерпретация указанных эффектов на основе ориентационной модели для независимых частиц вполне приемлема, однако для образцов на водой основе становится затруднительной. Было предположено, что это связано с существованием в коллоиде анизотропных цепочечных агрегатов, типа димеров, тримеров и т.п. Подобная модель использована для объяснения двулучепреломления и в работах [58, 59], где для разности фаз обыкновенного и необыкновенного лучей при прохождении образца толщиной l получено выражение:

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: экзамен, доклад по обж.





Предыдущая страница реферата | 1  2  3 | Следующая страница реферата