Магнитная жидкость, стабилизированная двойным слоем ПАВ в воде, отвергает известные модели реологии и диполь-дипольного взаимодействия

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Синтезировано три образца магнитной жидкости на основе частиц магнетита, стабилизированных двойным слоем ПАВ в воде. Для стабилизации образцов использовались лауриновая, олеиновая кислоты и их соли в трех различных сочетаниях. У синтезированных образцов была измерена вязкость в зависимости от концентрации, температуры и скорости сдвига. С ростом температуры вязкость образца жидкости, стабилизированного двойным слоем лауриновой кислоты, не убывает относительно вязкости воды, как это наблюдалось ранее для классических магнитных жидкостей, а растет. У образца, стабилизированного двумя слоями лауриновой и олеиновой кислот, температурная зависимость относительной вязкости имеет немонотонный вид. Относительная вязкость образца, стабилизированного двойным слоем олеиновой кислоты, практически не зависит от температуры. Для определения концентрации образцов выполнялись измерения кривых намагничивания с последующим их гранулометрическим анализом. Установлено, что дисперсный состав образцов при их разведении остается неизменным. Обнаружено, что с увеличением концентрации магнитной жидкости ее начальная магнитная восприимчивость растет медленнее, чем это предсказывает модель модифицированного эффективного поля. В отличие от модели МЭП (и не только ее), коэффициент при квадратичном члене в разложении начальной восприимчивости в ряд по восприимчивости Ланжевена оказался существенно меньше 1/3. Таким образом, для описания свойств магнитных жидкостей, стабилизированных с помощью двойного слоя ПАВ, требуется построение новых теорий диполь-дипольного взаимодействия частиц.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Лебедев

Институт механики сплошных сред УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: lav@icmm.ru
Россия, ул. Академика Королева, 1, Пермь, 614018

Список литературы

  1. Шлиомис М.И. Магнитные жидкости // УФН. 1974. Т. 112. № 3. С. 435–458.
  2. Rosensweig R.E. Ferrohydrodynamics, Cambridge University press, Cambridge, 1985.
  3. Shimoiizaka J. Method of preparing a water-base magnetic fluid. Pat. 4094804, 1978.
  4. Лебедев А.В. Аномалии вязкости магнитной жидкости, стабилизированной двойным слоем ПАВ в воде // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2023. Т. 13. № 4. С. 88–97. https://doi.org/10.21869/ 2223-1528-2023-13-3-88-97
  5. Khalafalla S.E., Reimers G.W., Rholl S.A. Dilution stable water based magnetic fluids. Pat. 4208294, 1979.
  6. Elmore W.C. On preparation of the magnetite high dispersed // Phys. Rev. 1938. V. 54. № 4. P. 309–310. https://doi.org/10.1103/PhysRev.54.309
  7. Chong J.S., Christiansen E.B., Baer A.D. Rheological properties of concentration suspensions // J. Appl. Polym. Sci. 1971. V. 15. № 8. P. 2007–2021. https://doi.org/10.1002/app.1971.070150818
  8. Vand V. Viscosity of solutions and suspensions. I. Theory // J. Phys. Colloid Chem. 1948. V. 52. № 2. P. 277–299. https://doi.org/10.1021/j150458a001
  9. Chow T.S. Viscoelasticity of concentrated dispersions // Phys. Rev. E. 1994. V. 50. № 2. P. 1274–1286. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.50.1274
  10. Пшеничников А.Ф., Гилев В.Г. Реология и намагниченность концентрированных магнетитовых коллоидов // Коллоид. журн. 1997. Т. 59. № 3. С. 372–379.
  11. Лебедев А.В. Вязкость концентрированных коллоидных растворов магнетита // Коллоид. журн. 2009. Т. 71. № 1. С. 78–83.
  12. Pshenichnikov A.F., Mekhonoshin V.V., Lebedev A.V. Magneto-granulometric analizis of concentrated ferrocolloids // J. Magn. Magn. Mater. 1996. V. 161. P. 94–102. https://doi.org/10.1016/S0304-8853(96)00067-4
  13. Ivanov A.O., Kuznetsova O.B. Magnetic properties of dense ferrofluids: An influence of interparticle correlations // Phys. Rev. E. 2001. V. 64. P. 041405. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.64.041405
  14. Bean C.P., Jacobs I.S. Magnetic granulometry and super‐paramagnetism // J. Appl. Phys. 1956. V. 27. № 12. P. 1448–1452. https://doi.org/10.1063/1.1722287
  15. Chantrell R.W., Popplewell J., Charles S.R. Measurements of particle size distribution parameters in ferrofluids // IEEE Transactions on Magnetics. 1978. V. 14. № 5. P. 975–977. https://doi.org/10.1109/TMAG.1978.1059918
  16. Kaiser R., Mishkolczy G. Magnetic properties of stable dispersions of subdomain magnetite particles // J. Appl. Phys. 1970. V. 41. № 3. P. 1064–1072. https://doi.org/10.1063/1.1658812
  17. Пшеничников А.Ф., Лебедев А.В., Радионов А.В., Ефремов Д.В. Магнитная жидкость для работы в сильных градиентных полях // Коллоид. журн. 2015. Т. 77. № 2. С. 207–212. https://doi.org/10.7868/S0023291215020159
  18. Лебедев А.В. Дипольное взаимодействие частиц в магнитных жидкостях // Коллоид. журн. 2014. Т. 76. № 3. С. 363–370. https://doi.org/10.7868/S0023291214030100

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимость динамической вязкости исходного образца первой жидкости от обратной скорости сдвига. Сплошная линия – аппроксимация параболой.

Скачать (10KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость напряжения сдвига исходного образца первой жидкости от скорости сдвига в логарифмическом масштабе.

Скачать (10KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Температурная зависимость относительной вязкости первой жидкости при объемной доле частиц 0.274, 0.219, 0.151, 0.112 и 0.057. Концентрация образцов нарастает снизу вверх.

Скачать (14KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Концентрационная зависимость относительной вязкости первой жидкости. Температура измерений равна 4, 23, 40.6, 60.3, 80.2°C и растет снизу вверх. Пунктирная линия – расчет по модифицированной формуле Чонга [10].

Скачать (17KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Температурная зависимость относительной вязкости второй жидкости при объемной доле частиц 0.233, 0.179, 0.138, 0.093, 0.059. Концентрация образцов нарастает снизу вверх.

Скачать (15KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Концентрационная зависимость относительной вязкости второй жидкости. Кривым соответствуют температуры (снизу вверх) 80, 3, 22, 41 и 60°C. Пунктирная кривая – расчет по модифицированной формуле Чонга [10].

Скачать (14KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Температурная зависимость относительной вязкости третьей жидкости при объемной доле частиц 0.443, 0.324, 0.202, 0.149, 0.083. Концентрация образцов нарастает снизу вверх.

Скачать (13KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Концентрационная зависимость относительной вязкости третьей жидкости. Температура измерений 3, 21, 41, 60, 80°C. Пунктирная линия – расчет по модифицированной формуле Чонга [10].

Скачать (12KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Зависимость начальной восприимчивости первой жидкости от ее намагниченности насыщения. Точки – результаты измерений, круги – расчет восприимчивости Ланжевена с использованием коэффициента при квадратичном слагаемом ряда 0.1504, кресты – расчет восприимчивости Ланжевена согласно теории модифицированного эффективного поля.

Скачать (11KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024