Эффекты структурной организации коллоидных частиц и микрочастиц дисперсного немагнитного наполнителя в магнитной жидкости при ее взаимодействии с электрическим и магнитным полями тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.13 ВАК РФ

на правах рукописи

ВЕГЕРА Жанна Геннадьевна

ЭФФЕКТЫ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ КОЛЛОИДНЫХ ЧАСТИЦ И МИКРОЧАСТИЦ ДИСПЕРСНОГО НЕМАГНИТНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ В МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ ПРИ ЕЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ И МАГНИТНЫМ ПОЛЯМИ

01.04.13 - электрофизика, электрофизические установки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ставрополь 2004

Работа выполнена в Ставропольском государственном университете

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Диканский Юрий Иванович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Соколов Виктор Васильевич

доктор физико-математических наук, профессор Дроздова Виктория Игоревна

Ведущая организация: Институт механики МГУ

им. М.В. Ломоносова, г. Москва

Защита состоится 17 декабря 2004 года в 14 час. 40 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.256.05 по физико-математическим наукам в Ставропольском государственном университете по адресу: 355009, г. Ставрополь, ул. Пушкина, д. 1, ауд. 214.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ставропольского государственного университета по адресу: г. Ставрополь, ул. Пушкина, д. 1.

Автореферат разослан «¿£> ноября 2004 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат физико-математических наук, доцент Копыткова Л.Б.

Чдьь-ч ШЗЫЪ

ЪЪЪ% ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Магнитные жидкости (МЖ), представляющие собой коллоиды ферри- и ферромагнетиков, проявляют ряд интересных эффектов при взаимодействии с электромагнитным полем. Уникальность свойств таких жидких намагничивающих сред открыла возможности их применения в машиностроении, технике и медицине. Благодаря этому, исследованию магнитных жидкостей уделяется достаточно большое внимание как отечественными, так и зарубежными учеными.

Физические свойства МЖ во многом определяются взаимодействием частиц и происходящими в результате этого (а также при взаимодействии с внешними полями) структурными превращениями в таких средах. В настоящее время некоторые свойства магнитных жидкостей считаются хорошо изученными (магнитные, реологические, оптические и др.). Вместе с тем, исследование особенностей взаимодействия МЖ с электрическим и с совместно действующими электрическим и магнитным полями, связанной с этим взаимодействием структурной организации коллоидных частиц, требует дальнейшего развития. В реальных условиях, при применении магнитных жидкостей в технике, их структурное состояние, обусловленное действием магнитного и электрического полей, может претерпевать существенные изменения за счет действия сдвиговых деформаций и течений. Эти процессы необходимо учитывать как для прогнозирования работоспособности уже известных устройств, так и при проектировании новых. Однако эти вопросы остаются неисследованными. В последнее время предпринимаются попытки создания новых жидких композиционных намагничивающихся сред на основе МЖ. В частности, к таким системам относятся магнитные жидкости с немагнитным дисперсным наполнителем. В магнитном и электрическом полях происходит ориентация и объединение частиц немагнитного наполнителя в структурные образования анизотропной формы, наличие которых может приводить к ряду особенностей физических свойств таких композиционных сред. Все это позволяет сделать заключение об актуальности исследований структурной организации коллоидных частиц в магнитных жидкостях при воздействии на них электрического и магнитного полей, структурных превращений при воздействии сдвиговых напряжений и их влияния на свойства МЖ. Представляет также интерес исследование I структурной организации частиц немагнитного наполнителя в МЖ, связан-

ных с ней особенностей физических свойств жидких намагничивающихся композиционных сред, созданных на основе магнитных жидкостей.

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ | БИБЛИОТЕКА С.1

1БЛИОТЕКА .}

Целью настоящей работы является изучение эффектов, обусловленных структурной организацией коллоидных частиц и микрочастиц немагнитного наполнителя в магнитной жидкости при ее взаимодействии с электрическим и магнитным полями.

Научная новизна.

Впервые изучены особенности ориентации деформированных магнитным полем микрокапельных агрегатов в потоке. Обнаружено, что в этом случае, при определенных условиях, наблюдается их упорядоченное расположение в виде структурной регулярной решетки. Показана зависимость вязкости магнитной жидкости с микрокапельной структурой от величины и направления постоянного магнитного поля, обусловленная деформацией микрокапельных агрегатов.

Экспериментально показана и теоретически обоснована зависимость вязкости магнитной жидкости от воздействия электрического поля, обусловленная возникновением при некотором критическом значении напряженности электрического поля структурной решетки лабиринтного типа, трансформирующейся в потоке в полосовую структуру.

Впервые обнаружено магнитное упорядочение в агрегатах магнитной жидкости, возникающих при избытке поверхностно-активного вещества. На основе моделирования процесса межчастичного взаимодействия путем построения потенциальных кривых взаимодействия системы двух частиц проведен анализ причин и механизмов структурообразования магнитной жидкости в случае избытка поверхностно-активного вещества (ПАВ) в электрическом поле и при его отсутствии.

На основе результатов экспериментальных исследований показана возможность управления структурной организацией помещенного в магнитную жидкость ансамбля немагнитных частиц различной формы с помощью одновременного воздействия электрическим и магнитным полями. Обнаружено возникновение анизотропии светорассеяния и теплопроводности в таких системах при воздействии на них магнитного поля.

Научная и практическая значимость диссертации заключается в том, что полученные результаты исследования структурной организации дисперсных частиц магнитных коллоидов при совместном действии электрических, магнитных полей и сдвиговых течений, а также процессов структурного упорядочения системы дисперсных немагнитых частиц, помещенных в магнитную жидкость, при воздействии электрических и магнитных полей, внесли определенный вклад в развитие фундаментальных проблем жидких намагничивающихся сред.

Обнаруженные эффекты образования регулярных структурных решеток при воздействии на магнитные коллоиды электрического, магнитного полей и сдвиговых напряжений могут служить основой для создания регулируемых дифракционных решеток и устройств, предназначенных для управления световыми потоками.

На основе результатов исследования теплопроводности композиционных магнитных жидкостей при воздействии на них электрического и магнитного полей показана возможность создания на основе таких сред устройств управления процессами теплообмена.

Достоверность полученных результатов подтверждена корректностью использованных методик исследования, применением при проведении измерений стандартных приборов и оборудования, анализом погрешностей измерений. Важным подтверждением достоверности является строгая математическая обоснованность предложенных моделей и механизмов.

Автор защищает:

- экспериментальные результаты исследования особенностей деформации микрокапельных агрегатов при совместном воздействии на них магнитного поля и вязких напряжений и влияние этих процессов на вязкость и оптические свойства магнитных жидкостей с хорошо развитой микрокапельной структурой;

- экспериментальные результаты, выявившие зависимость вязкости магнитной жидкости от воздействия электрического поля, обусловленную возникновением структурной решетки лабиринтного типа, трансформирующейся в потоке в полосовую структуру;

- экспериментально обнаруженное магнитное упорядочение в агрегатах магнитных жидкостей, образующихся при избытке ПАВ;

- механизмы возникновения структурных образований в магнитных жидкостях при воздействии электрического поля, а также при его отсутствии, анализ которых проведен на основе моделирования процесса межчастичного взаимодействия путем построения потенциальных кривых взаимодействия системы двух частиц;

- экспериментальные результаты исследования структурного упорядочения дисперсных немагнитных частиц, помещенных в магнитную жидкость, в электрическом и магнитном полях, и сделанный на их основе вывод о возможности регулирования процессом теплообмена за счет этих процессов.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на:

- межвузовском научно-методическом семинаре «Физико-химические и прикладные проблемы магнитных жидкостей», г. Ставрополь, СГУ (ноябрь 2002 г., ноябрь 2003 г.);

- XLVII-XLIX научно-методических конференция «Университетская наука - региону», г. Ставрополь, СГУ (апрель 2002-2004 гг.);

- 10-ой и 11-ой Международной Плесской конференции по магнитным жидкостям, г. Плес (сентябрь 2002 г., 2004 г.);

- VII Международной научной конференции «Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики жидкостей», г. Санкт-Петербург (июнь 2003 г.);

- 10-ой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых, г. Москва (апрель 2004г.);

- научном семинаре Laboratory of Heat and Mass Transfer, Institute of Physics, University of Latvia (май 2004 г.).

Основное содержание работы отражено в 14 научных работах автора.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы, содержащего 195 наименований. Материал диссертации содержит 165 страниц, 45 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность разрабатываемой темы, сформулирована цель работы, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен обзор теоретических и экспериментальных работ, посвященный физическим свойствам магнитных жидкостей. Обращено внимание на работы, в которых исследуется образование агрегатов в магнитных коллоидах, а также поведение микрокапельных агрегатов в магнитном поле. Рассмотрены работы, в которых указывается на возможность формирования периодических структурных решеток не только в магнитных, но и в электрических полях. Кроме этого, проведен анализ работ, посвященных электрофизическим свойствам магнитных жидкостей. Обращено внимание на работы, в которых указывается на особенности реологических и теплофизических свойств магнитной жидкости при воздействии внешних силовых полей. Рассмотрены также работы посвященные структуре немагнитных дисперсий в магнитных жидкостях. Глава закончена анализом проведенного литературного обзора и постановкой задач, решаемых в диссертации.

Во второй главе описан объект исследования, методы и установки для исследования структуры и оптических свойств магнитных жидкостей при воздействии на них постоянного и переменного электрического и постоянного магнитного полей, а также сдвиговых течений. Описаны методы и ус-

тановки для исследования реологических, электрофизических и теплофизи-ческих свойств магнитных жидкостей. Также приведено описание установок и методик для контроля параметров исследуемых образцов - объемной концентрации, намагниченности насыщения, магнитной восприимчивости. В качестве объекта исследования использовалась магнитная жидкость на основе керосина с магнетитовыми частицами и олеиновой кислотой в качестве стабилизатора. Объемная концентрация дисперсной фазы исходного образца составляла 11 %, динамическая вязкость 5-10'3 Па с.

В третьей главе приведены результаты исследования структурного и магнитного упорядочения дисперсных частиц в магнитной жидкости в электрическом и магнитном полях. Первоначально были исследованы процессы деформации микрокапельных агрегатов при совместном действии сдвигового течения и магнитного поля. В отсутствие движения жидкости в плоском капилляре, при пропускании лазерного луча перпендикулярно его стенкам, в случае направления магнитного поля вдоль луча света, на экране наблюдалась дифракционная картина в виде светлого кольца, обусловленная рассеянием луча лазера на сформировавшейся гексагональной структуре. В этом случае сформированные за счет действия поля игольчатые агрегаты располагаются в вершинах гексагонов, при этом, при большом объемном содержании высококонцентрированной фазы, их торцы упираются в стенки кюветы, в результате чего их (торцов) поверхность становится плоской. При других условиях (малой концентрации или небольших размерах агрегатов) выстроенные вдоль напряженности поля, перпендикулярно плоскости слоя агрегаты могут иметь игольчатую форму, с касающимися концами стенки кюветы.

Оказалось, что действие сдвигового течения приводит к различным результатам в зависимости от характера структурной решетки. Так, действие течения на решетку, концы вытянутых вдоль поля агрегатов которой "смачивают поверхность" кюветы, первоначально приводит к изменению формы площади торцов, при последующем повышении скорости потока происходит полное разрушение первоначальной структуры и возникновение новой, полосовой структурной решетки. В соответствии с этим происходит и изменение характера дифракционной картины - кольцо трансформируется при увеличении скорости потока в систему светлых пятен, расположенных вдоль вертикали (рис. 1). При воздействии течения на систему вытянутых вдоль поля капель, с концами, "не закрепленными" на стенках кюветы, происходит поворот агрегата, так что угол между его большой осью и плоскостью стенки кюветы становится отличным от прямого. При этом, в соответствии с профилем скорости жидкости в сечении кюветы, агрегаты, находящиеся вблизи разных сте-

нок поворачиваются в разные стороны, в результате чего образуются две решетки с разной ориентацией больших осей агрегатов.

По-видимому, с образованием двух структурных решеток при воздействии течения на одномерную гексагональную решетку и связан характер наблюдаемой в этом случае дифракционной картины - вместо кольца малого радиуса образуются две полуокружности с большим радиусом кривизны, касающиеся в точке падения луча лазера на экран.

Рисунок 1. Дифракционное рассеяние света, возникающее при трансформации микрокапельной структуры в потоке (а - у=0, б - у=20с"'; в - у=100с'')

Кроме исследования особенностей деформации микрокапель при совместном действии магнитного поля и сдвигового течения, были проведены аналогичные исследования при дополнительном воздействии электрического поля. Ранее [1] было показано, что в переменном электрическом поле в магнитной жидкости с микрокапельными агрегатами возможно возникновение структурной решетки лабиринтного типа, трансформирующейся при повышении частоты в систему сплюснутых капель. Оказалось, что в случае лабиринтной структурной решетки дифракционная картина представляет собой светлое кольцо. Воздействие сдвигового напряжения приводит к трансформации лабиринтной решетки в полосовую и появлению дифракционных максимумов, соответствующих дифракционной решетке с периодом 6-20 мкм, что согласуется с данными измерений, проведенных при наблюдении структуры в оптический микроскоп. При воздействии сдвигового течения на решетку, сформировавшуюся при повышении частоты электрического поля до 20 кГц (систему сплюснутых капель), происходит вытягивание капель вдоль скорости потока уже при малых скоростях сдвига, а дифракционная картина представляет собой непрерывную вертикальную светлую полосу без каких либо максимумов. Это может свидетельствовать об отсутствии упорядочения в исходной структурной решетке.

В случае действия на магнитную жидкость с лабиринтной структурой магнитного поля (Н=3,5 кА/м), направленного вдоль плоскости слоя, проис-

ходит трансформация лабиринтов в систему полос, вытянутых вдоль линий напряженности магнитного поля (рис. 2а), возникающая при этом дифракционная картина рассеяния света представлена на рис. 26. Течение разрушает возникшую структуру, что приводит к исчезновению дифракционной картины. Однако, при воздействии на лабиринтную структуру магнитного поля, ориентированного вдоль луча лазера, течение приводит к возникновению дифракционной картины, характерной для регулярной структуры (рис. 2в). Это указывает на возможность устойчивого положения деформированных капель в потоке при воздействии постоянного магнитного и переменного электрического полей. Теоретическое обоснование обнаруженной возможности управления структурой движущейся магнитной жидкости проведено при использовании энергетического подхода.

а б в

Рисунок 2. а - полосчатая структура, возникающая при воздействии на лабиринтную структуру магнитного поля, направленного по вертикали; б - соответствующая ей дифракционная картина; в - дифракционная картина, возникающая при воздействии на лабиринтную структуру сдвигового напряжения и магнитного поля (перпендикулярного плоскости ячейки)

Наличие структурных образований, их деформация и изменение размеров при воздействии полей и сдвиговых напряжений должно оказывать влияние на реологические свойства магнитных жидкостей. Действительно, оказалось, что эти процессы приводят к изменению вязкости МЖ с микрокапельной структурой даже при сравнительно небольших магнитных полях.

В дальнейшем были исследованы особенности структурных превращений в потоке первоначально однородной МЖ при воздействии постоянных электрического и магнитного полей. Оказалось, что возникающая при определенном критическом значении напряжения (и=6 В) в неподвижной МЖ лабиринтная структура, трансформируется в потоке в систему вытянутых вдоль скорости потока нитевидных образований. Достаточно хорошая регулярность структурной решетки, полученной в этом случае, позволяет получить характерную для таких решеток дифракционную картину в виде

чередующихся темных и светлых пятен. Вместе с тем, расчеты, проведенные при использовании условия дифракционного максимума, оказались в плохом соответствии с измеренными с помощью оптического микроскопа. По-видимому, это связано с многослойностью и подвижностью структурной решетки, сформировавшейся при одновременном действии постоянного электрического поля и гидродинамического течения.

Л/ПЕ=о ИО, Ю"3

Рисунок 3. Зависимости относительной величины вязкости и относительной величины светорассеяния от напряжения на электродах

Возникновение структурных образований в исследуемой среде должно приводить к особенностям ее реологии. Однако полученные кривые течения магнитной жидкости оказались линейными в исследованном диапазоне скоростей сдвига. Действие электрического (до Е=200 кВ/м, соответствующей ЭГД - неустойчивости жидкости) и магнитного полей (до Н=3,5 кА/м) не изменяли ньютоновского характера течения жидкости. Вместе с тем, возникновение структурных решеток в первоначально «однородной» магнитной жидкости при воздействии на нее электрического поля оказывает влияние на характер зависимости величины вязкости магнитной жидкости от напряженности электрического поля. На рис. 3 представлена зависимость относительной величины динамической вязкости (кривая 1) от напряжения и, приложенного к боковым стенкам канала. На этом же рисунке представлена зависимость интенсивности рассеянного света от напряжения (кривая 3), которая позволяет определить величину порогового напряжения и , при котором происходит возникновение структурных образований. Как можно видеть из рисунка, при этом же значении напряжения наблюдается уменьшение коэффициента вязкости. Дополнительное действие магнитного поля, направленного перпендикулярно плоскости движущегося слоя магнитной жидкости, несколько сглаживает это уменьшение (кривая 2). Анализ результатов реологических исследований проведен на основе представлений о

диссипативных потерях энергии при течении жидкой среды со сформировавшимися в ней (под воздействием электрического поля) структурными образованиями, форма и размер которых может регулироваться как действием течения, так и постоянного магнитного поля.

Было предположено, что структурообразование в электрическом поле и связанные с ним оптические и реологические эффекты обусловлены наличием в объеме магнитной жидкости избытка ПАВ, т.е. молекул несвязанной олеиновой кислоты, которые могут приобретать форму клубков. В этом случае возникновение структурных образований связывают с явлением вытеснительной флокуляции, наблюдающемся при сближении дисперсных частиц до расстояний меньших размеров клубков, когда последние не в состоянии заполнить зазор между частицами. Действительно, оказалось, что при очистке магнитной жидкости от свободного ПАВ путем добавления (с последующим удалением) силикагеля, на поверхности которого предполагалось адсорбирование свободных молекул олеиновой кислоты, образование структурной решетки в электрическом поле, наблюдаемое ранее, не происходит, однако, оно вновь возобновляется после добавления в МЖ некоторого объема (порядка нескольких процентов от объема образца) олеиновой кислоты.

Наблюдения в оптический микроскоп показали, что устойчивые лабиринтные структурные решетки образуются только при концентрации свободного (добавленного) ПАВ, превышающей 8%. На рисунке 4 представлены фотографии таких структурных решеток.

а б в

Рисунок 4. Лабиринтная структура, возникающая в магнитной жидкости при воздействии постоянного электрического поля (а - 8%, б -13%, в - 18% несвязанной олеиновой кислоты)

Вместе с тем, создание избытка олеиновой кислоты в магнитной жидкости может сопровождаться повышением содержания в ней других примесей, в том числе и свободных ионов, обеспечивающих формирование свободного заряда в приэлектродной области, наличие которого также может

влиять на устойчивость коллоида. С целью изучения связи эффектов структурирования с особенностями процесса переноса заряда в коллоидной среде первоначально были получены вольтамперные характеристики образца, содержащего избыток ПАВ.

ЦцА

♦ ♦ ♦ *

• ♦ У __

5 ЦВ

Рисунок 5. Начальный участок вольтамперной характеристики (1 - МЖ с 10% несвязанной олеиновой кислоты; 2 - очищенная МЖ)

Оказалось, что вольтамперная характеристика магнитной жидкости, содержащей 10% несвязанной олеиновой кислоты, нелинейна при малых значениях напряжения, предположительно соответствующих началу формирования объемного заряда. При напряжении, соответствующем развитой лабиринтной структуре, (при и>6 В), вольтамперная характеристика выходит на линейный участок вплоть до напряжения, соответствующего ЭГД -неустойчивости МЖ (11=12 В). Очистка магнитной жидкости от избытка ПАВ с помощью силикагеля понижает ее удельную электропроводность почти на порядок, при этом вольтамперные характеристики до и после очистки имеют существенные различия (рис. 5). По-видимому, исчезновение прогиба на вольтамперной характеристике очищенной МЖ связано с уменьшением в ней концентрации ионов, что делает затруднительным формирование в приэлектродном пространстве свободного заряда, наличие которого может способствовать фазовому расслоению магнитной жидкости. При добавлении в магнитную жидкость силикагеля, последний может адсорбировать не только молекулы несвязанного ПАВ, но и примеси (в частности, воду), в связи с чем проводимость МЖ уменьшается, что затрудняет формирование свободного заряда. С целью подтверждения наличия в неочищенной МЖ свободного заряда в приэлектродном пространстве, были проведены исследования электрической проводимости при создании течения в

магнитной жидкости. Действие течения должно приводить к размыванию приэлектродного заряда, и, как следствие, к увеличению тока, протекающего через ячейку. Исследование зависимости электрического тока от скорости сдвига показало, что при некотором его значении ток через ячейку перестает расти, что может быть связано с полным размыванием приэлектродного заряда. Последнее позволяет произвести расчет величины поверхнос-

_А1е0Ц

тной плотности заряда:0,—, где Л1 - максимальное изменение тока

при создании течения исследуемой магнитной жидкости, dK.ll толщина ячейки и напряжение на ней соответственно. Проведенные расчеты дали для поверхностной плотности заряда значение о=0,4 мкКл/м2 (относительная погрешность измерения £=15%).

Вследствие возникновения предположения связи процессов структурооб-разования в электрическом поле с наличием в приэлектродном пространстве свободного заряда, а не с явлением вытеснительной флокуляции, было предпринято исследование агрегативной устойчивости коллоида при избыточном содержании ПАВ в отсутствие воздействия каких-либо полей. Оказалось, что при последовательном добавлении в магнитную жидкость олеиновой кислоты при некоторой ее концентрации в первоначально однородной магнитной жидкости появляются структурные образования. Полученные в этом случае агрегаты, в отличие от структурных образований, полученных в электрическом поле, по внешнему виду являются квазитвердыми, как правило, анизотропной формы. Интересным оказался тот факт, что при концентрации ПАВ, несколько превышающей ср^, образуются агрегаты с отличным от нуля магнитным моментом. В магнитном поле такие образования объединяются в цепи и, при изменении направления поля на противоположное, поворачиваются на 180°. Это подтверждает возможность существования дальнего магнитного порядка в системе однодоменных коллоидных частиц. Однако такое упорядочение, очевидно, связано не только с действием диполь-дипольных сил, но и с особенностями коллоидного состояния системы и возникает при определенных условиях в процессе ее агрегирования.

Можно предположить, что в последнем случае наличие свободного ПАВ в магнитной жидкости приводит к агрегированию за счет возникновения дополнительных сил взаимодействия между частицами. Энергия взаимодействия частиц (в долях кТ), обусловленная этим механизмом, согласно [2] зависит от концентрации полимерных клубков:

где п - концентрация полимерных клубков, Ь - диаметр полимерного клубка, а- толщина адсорбционной оболочки.

Так как стабилизация магнитных коллоидов достигается в основном за счет отталкивающего действия адсорбционно-сольватных оболочек, образованных длинноцепочечными молекулами ПАВ (в данном случае олеиновой кислоты), то энергия сил отталкивания может быть представлена [3] в виде:

иг=2х<Г%

2--

г + <1, + 2сгЛ

-1п

г + <1

г а

где с{ - диаметр магнетитовой частицы, £ - концентрация молекул олеиновой кислоты на поверхности магнетитовой частицы.

Притяжение дисперсных частиц осуществляется за счет Ван-дер-ваальсо-вых сил и сил магнитодипольного взаимодействия. Энергия притяжения, обусловленная силами Ван-дер-Ваапьса, изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния между частицами [4]:

иу = -

ШТ\(г + 4)2 (г + с1)2-с!2

+ 21п

1--

(г + с(У

/У

где А - постоянная Гамакера, к- постоянная Больцмана.

Энергия диполь-дипольного взаимодействия может быть записана [5] в виде:

иА = --

Мо т-4я- Ш3

Г + с{

450

4я кТй

г + с1,

где т - магнитный момент частицы.

Суммарную энергия системы из двух частиц равна сумме всех рассмотренных ее компонент: 11= и+и+ и + И4.

Проведенное построение зависимости суммарной энергии и от расстояния между поверхностями частиц при различном содержании свободного ПАВ показало, что увеличение концентрации несвязанных молекул олеиновой кислоты приводит к некоторому углублению вторичного минимума и существенному понижению потенциального барьера (рис. 6), что указывает на возможность необратимой коагуляции.

и

7.5-Ю-9 Г, М

Рисунок 6. Потенциальные кривые взаимодействия двух частиц при различных концентрациях ср несвязанного ПАВ (1-ф=0%; 2-ср=10%; 3-ф=15%; 6=12 им, а=2,9 нм, £,=0,5Ч1018 м-2, Ь=0,6 нм)

Как уже было предположено ранее, механизм структурообразования в случае действия электрического поля отличен от рассмотренного выше. По-видимому, возникновение структурных решеток в тонких слоях магнитной жидкости при воздействии электрического поля нельзя рассматривать как флокуля-цию, в этом случае действительно происходит фазовое расслоение магнитной жидкости. Известно.[6], что оболочки из молекул поверхностно-активного вещества могут состоять как из молекул, жестш связанных с поверхностью хемо-сорбцией, так и включать в себя свободные молекулы, удерживаемые либо между связанными молекулами, либо вблизи поверхности образованной ими оболочки. В целом, такая комбинированная защитная оболочка достаточно надежно обеспечивает агрегагивную устойчивость коллоидной системы. При добавлении в магнитную жидкость олеиновой кислоты, содержащей примеси, концентрация ионов в дисперсионной среде увеличивается, что приводит к формированию в приэлектродном пространстве объемного заряда. Под воздействием электрического поля (которое вблизи электродов за счет наличия объемного заряда становится неоднородным), несвязанные хемосорбцией с поверхностью дисперсной частицы молекулы ПАВ уходят из оболочки, тем самым уменьшая энергию стерического отталкивания. Простой учет последнего при моделировании процесса межчастичного взаимодействия можно осуществить уменьшением поверхностной концентрации адсорбированного ПАВ и толщины оболочки в выражении для и . Действительно, построение

потенциальных кривых взаимодействия при варьировании значений £ и с показало возможность существенного уменьшения потенциального барьера и смещения вторичного минимума, соответствующего обратимому образованию агрегатов в область меньших расстояний между частицами.

В связи с вышеизложенным окончательно сделан вывод, что при отсутствии электрического поля возникновение агрегатов может быть объяснено на основе явления вытеснительной флокуляции, тогда как появление микрокапельной структуры с последующим образованием структурных решеток при воздействии электрического поля может быть связано с фазовым расслоением системы.

В четвертой главе исследуется формирование структуры в МЖ с дисперсией немагнитных включений различной формы и связанные с этими процессами особенности оптических и теплофизических свойств. Для получения МЖ с дисперсией немагнитных частиц сферической формы в первоначально однородную магнитную жидкость на основе керосина с магне-титовычи ультрадисперсными частицами были введены латексовые сферы одинакового диаметра (2,5 мкм).

При воздействии на такую МЖ магнитного поля немагнитные включения могут рассматриваться как «диамагнитные частицы», имеющие магнитные моменты, направленные противоположно полю В этом случае для магнитного момента сферической дырки в неограниченном объеме магнитной жидкости справедливо выражение:

где х - магнитная восприимчивость МЖ, К-объем немагнитной сферической частицы.

Вследствие взаимодействия магнитных моментов происходит объединение немагнитных частиц в цепочечные структуры. Если вектор напряженности магнитного поля направлен вдоль нормали к поверхности слоя, то длина образующихся цепочек ограничивается толщиной слоя. В этом случае для энергии взаимодействия двух цепочек, определенной как суммарная энергия попарного взаимодействия частиц, принадлежащих разным цепям при учете всех комбинаций пар нетрудно получить

где; - номер частицы первой цепи, / - номер частицы второй цепи (отсчет сверху вниз), а - расстояние между цепями, с1 - диаметр частицы, п - число частиц в цепочке

Полученное выражение стремится к минимуму при увеличении расстояния между цепочками, что дает основание прийти к заключению, что взаимодействие цепочек, содержащих одинаковое число частиц, в конечном итоге носит характер отталкивания. В связи с этим можно сделать вывод, что наиболее вероятным является такое расположение параллельных цепей, при котором их концы располагаются у границ слоя в узлах гексагональной решетки. Такое упорядоченное пространственное расположение структурных образований немагнитных сферических включений при воздействии внешнего магнитного поля приводит к особенностям рассеяния света Оказалось, что при направлении магнитного поля перпендикулярно слою исследуемой МЖ (вдоль лазерного луча) дифракционная картина представляет собой светлое кольцо, диаметр которого остается постоянным при увеличении поля и зависит лишь от концентрации немагнитных включений. Более сложная дифракционная картина наблюдается при направлении напряженности магнитного поля вдоль плоскости слоя МЖ с немагнитными сферическими частицами. В этом случае при невысокой объемной концентрации наполнителя (2-5%) они объединяются в линейные цепи, при этом число частиц в разных цепочках может быть различным. Расстояния между параллельно расположенными цепями также могут быть разными, т.е. такая структурная решетка не является регулярной. Наблюдаемая дифракционная картина, вероятно, обусловлена дифракцией света как на сферических частицах, так и на отдельных цепочечных структурах, в которых между сферами существует некоторый зазор. Рассмотрение цепочки сфер с одинаковыми расстояниями между ними как своеобразной дифракционной решетки позволило определить ее период по дифракционной картине, величина которого оказалась близкой к диаметру сфер. Оказалось, что дополнительным воздействием электрического поля на структурную решетку, созданную магнитным полем, можно в некоторой степени управлять ее упорядоченностью. При этом, осуществление этого в большей мере удается при направлении электрического поля, перпендикулярно вектору напряженности магнитного поля.

Кроме магнитных жидкостей с твердыми сферическими включениями были исследованы жидкости с дисперсией немагнитных частиц цилиндрической формы. Такие системы были созданы путем добавления в исходную МЖ на основе керосина стеклянных цилиндрических частиц длиной несколько микрометров, полученных путем измельчения стекловолокна. Воздействие магнитного поля ориентирует цилиндрические частицы вдоль направления поля. Если вектор напряженности вращается вокруг перпендикулярной слою оси, то частицы также приходят во вращение с той же часто-

той, что и поле, но так, что ось цилиндра и направление напряженности поля образуют некоторый угол (угол запаздывания) вследствие наличия вязкого трения, Следует отметить, что в случае частиц разной длины, угол запаздывания для более длинных частиц с увеличением частоты вращения увеличивается быстрее, и при достижении его значения 45° вращательное движение частицы преобразуется в колебательное.

Все эти процессы приводят к особенностям рассеяния света тонкими слоями исследуемых сред. Так, действие магнитного поля, направленного вдоль слоя МЖ приводит к появлению на экране светлой полосы, обусловленной выстраиванием вдоль направления поля цилиндрических частиц. При вращении поля, вследствие распределения частиц по размерам больших полуосей, полоса расщепляется на несколько полос разной интенсивности. Анализ этой дифракционной картины позволяет оценить распределение цилиндрических частиц по длине.

При одновременном действии электрического и магнитного полей ориентация немагнитных тел в МЖ определяется напряженностью как магнитного, так и электрического поля, что, несомненно, представляет интерес с точки зрения управляемости структурой ансамбля немагнитных микрочастиц. В связи с этим, бы ли изучены ориентационные процессы цилиндрических немагнитных (стеклянных) частиц и глицериновых микрокапель, распыленных в магнитной жидкости, при одновременном действии магнитного и электрического полей. Кроме того, были исследованы процессы образования и ориентации микрокапель этой же магнитной жидкости взвешенных в глицерине. Обнаружено, что капли глицерина, помещенные в магнитную жидкость при воздействии как электрического, так и магнитного поля объединяются в цепочечные структуры, вытянутые вдоль линий напряженности поля. В случае ортогонального направления напряженностей электрического и магнитного полей, цепочка, образовавшаяся в предварительно включенном одном из полей, при включении другого поля поворачивается на некоторый угол, величина которого определяется соотношением напряженностей полей.

На рисунке 7 (кривая 1) представлен график зависимости Е2=А(Н2) соответствующий стационарному расположению цепочки в скрещенных магнитном и электрическом поле под углом 30° к вектору напряженности магнитного поля.

Для цепочек из микрокапель магнитной жидкости также была исследована аналогичная зависимость Е2=1"(Н2), которая представлена на рис. 7 (кривая 2). Как видно из рисунка 7, обе зависимости Е2=^Н2), как для цепочки из

Рисунок 7. Компенсационные кривые для магнитной эмульсии при частоте 2 кГц (1 - эмульсия глицерина в магнитной жидкости; 2 - эмульсия магнитной жидкости в глицерине)

микрокапель глицерина, так и для цепочки из микрокапель магнитной жидкости, являются линейными, однако углы наклона этих зависимостей разные. Теоретический анализ полученных результатов проведен при использовании выражений для моментов сил, действующих на частицу анизотропной формы (цепочечный агрегат) в магнитном и электрическом полях. Проведенные исследования позволили сделать вывод о возможности эффективного управления структурными свойствами исследованных сред с помощью постоянного магнитного и переменного электрического полей.

Возникновение структурной анизотропии в магнитной жидкости с дисперсным немагнитным наполнителем при воздействии магнитного поля должно приводить к возникновению анизотропии физических свойств такой композиционной среды, в частности теплопроводности. С целью проверки этого предположения в магнитную жидкость с объемным содержанием магнетита равным фт=7,2%, были введены мелкодисперсные графитовые частицы, размер которых составлял 1-6 мкм, а объемное содержание - 6%. Оказалось, что магнитное поле приводит к существенной анизотропии коэффициента теплопроводности такой системы - различие коэффициента теплопроводности в направлении, совпадающем с вектором напряженности поля и перпендикулярном ему может достигать 25 %. Наблюдаемый эффект объяснен агрегированием немагнитных частиц в магнитном поле, при этом отмечено, что значение напряженности Н магнитного поля, при котором наступает агрегирование частиц наполнителя, на порядок меньше напряженности магнитного поля, соответствующей агрегированию магнитных частиц.

Таким образом, введение немагнитной дисперсной фазы в магнитную жидкость позволяет управлять ее теплофизическими свойствами в достаточно малых магнитных полях, что может найти применение в областях, использующих материалы с управляемыми параметрами.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Изучены особенности деформации микрокапельных агрегатов при совместном действии на них магнитного поля и вязких напряжений, показано, что эти процессы приводят к особенностям дифракционного светорассеяния и изменению вязкости магнитной жидкости с микрокапельной структурой. На основе теоретического анализа поведения деформированных капельных агрегатов в потоке и результатов наблюдений обнаруженных дифракционных эффектов, сделан вывод о возможности образования при этих условиях регулярной структуры.

2. Экспериментально показана и теоретически обоснована зависимость вязкости магнитной жидкости от воздействия электрического поля, обусловленная возникновением при некотором критическом значении напряженности электрического поля структурной решетки лабиринтного типа, трансформирующейся в потоке в полосовую структуру.

3. Обнаружено магнитное упорядочение в агрегатах магнитной жидкости, образующихся при избыточном содержании ПАВ. На основе моделирования процесса межчастичного взаимодействия путем построения потенциальных кривых взаимодействия системы двух частиц проведен анализ причин и механизмов структурообразования магнитной жидкости в случае избытка ПАВ в электрическом поле и при его отсутствии. Сделан вывод, что при отсутствии электрического поля возникновение агрегатов может быть объяснено на основе явления вытеснительной флокуляции, тогда как появление микрокапельной структуры с последующим образованием структурных решеток при воздействии электрического поля может быть связано с фазовым расслоением системы.

4. На основе результатов исследования дифракционных эффектов, наблюдающихся при пропускании луча лазера через тонкие слои магнитной жидкости, показана возможность управления характером структурных решеток, возникающих в магнитной жидкости в постоянном и переменном электрическом поле путем дополнительного воздействия магнитным полем и сдвиговым течением.

5. Изучены особенности структурной организации системы дисперсных немагнитных частиц, помещенных в магнитную жидкость, подверженную

действию магнитного и электрического полей. При этом в качестве такого дисперсного наполнителя использовались частицы различной формы -сферические, цилиндрические, а также бесформенные частицы графитовой пыли. Кроме того, рассмотрено структурообразование жидких (глицериновых) микрокапель, распыленных в магнитной жидкости. Проведен анализ механизмов взаимодействия частиц немагнитного наполнителя и ориентации образовавшихся структур под воздействием магнитного и электрического полей. Предложено объяснение особенностей возникающих в этом случае дифракционных эффектов.

6. Установлено, что действие однородного магнитного поля на магнитную жидкость с дисперсным немагнитным наполнителем (графитовыми частицами микронных размеров) приводит к существенной анизотропии коэффициента теплопроводности - различие коэффициента теплопроводности в направлении, совпадающем с вектором напряженности поля и перпендикулярном ему может достигать 25%. Анализ обнаруженного эффекта сделан на основе представлений о возникновении структурной анизотропии в такой среде за счет структурной организации в магнитном поле частиц немагнитного наполнителя.

Список цитируемой литературы

1. Диканский Ю.И., Нечаева О.А. Структурные превращения в магнитной жидкости в электрическом и магнитном полях // Коллоидный журнал. - 2003. -Т65.-№3.-С. 338-342.

2. Цеберс А.О. К вопросу о причинах образования микрокапельных агрегатов в коллоидах ферромагнетиков // Магнитная гидродинамика. -1987. -№3.-С. 143-145.

3. Розенцвейг Р. Феррогидродинамика / Пер. с англ. - М.: Мир, 1989. - 467с.

4. Бибик Е.Е. Влияние взаимодействия частиц на свойства феррожидкостей // Физические свойства магнитных жидкостей. - Свердловск: УНЦ АН СССР, 1983.-С. 3-21.

5. Иванов А.О. Фазовое расслоение ионных феррожидкостей // Коллоидный журнал. -1997 - Т. 59. - № 4. - С. 482-491.

6. Неппер Д. Стабилизация коллоидных дисперсий полимерами. - М.: Мир, 1986.-487 с.

Основные результаты диссертации опубликованы в

работах

1. Dikansky Yu.I., Veguera J.G., Suzdalev V.N., Smerek Yu.L. Magnetic fluid with nonmagnetic inclusions of various shapes // Magnetohydrodynamics. -2002. - Vol. 38. - №3. - P. 281-285.

2. Вегера Ж.Г. Теплопроводность магнитной жидкости с мелкодисперсным наполнителем в магнитном поле // Проблемы физико-математических наук: Материалы 47 научно-методической конференции преподавателей и студентов «Университетская наука-региону». - Ставрополь: Изд-во СГУ, 2002.-С. 158-160.

3. Вегера Ж.Г., Смерек Ю.JI. Исследование процессов структурообразо-вания в магнитных жидкостях с мелкодисперсным наполнителем // Проблемы физико-математических наук: Материалы 47 научно-методической конференции преподавателей и студентов «Университетская наука - региону». - Ставрополь: Изд-во СГУ, 2002. - С. 153-156.

4. Диканский ЮЛ., ВегераЖ.Г., Суздапев В.Н., Смерек Ю.Л. О магнитных жидкостях с дисперсией немагнитных включений различной формы // Сборник научных трудов 10-й юбилейной международной Плесской конференции по магнитным жидкостям (Плес, 9-12 сентября 2002 г.). - Иваново: Изд-во ИГЭУ, 2002.-С. 108-113.

5. ВегераЖ.Г. Исследование особенностей теплопередачи в магнитных жидкостях при наличии электроконвекции // Проблемы физико-математических наук: Материалы 48 научно-методической конференции преподавателей и студентов «Университетская наука - региону». - Ставрополь: Изд-во СГУ,2003.-С. 12-15.

6. Диканский Ю.И., Вегера Ж.Г., Суздапев В.Н., Смерек Ю.Л. О магнитных жидкостях с дисперсией немагнитных включений различной формы // Известия вузов. Сев.-Кав. регион. - 2003. - №1. - С. 37-40.

7. Вегера Ж.Г Исследование особенностей теплопередачи в магнитных жидкостях при наличии электроконвекции // Материалы VII Международной научной конференции «Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики жидкостей» (Санкт-Петербург, июнь 2003 г.). -Санкт-Петербург, 2003. -С. 58-60.

8. ВегераЖ.Г., Горбенко B.C., Тиунов П.С. Особенности рассеяния света слоем структурированной магнитной жидкости при наличии сдвигового течения //Проблемы физико-математических наук: Материалы 49 научно-методической конференции преподавателей и студентов «Университетская наука- региону». - Ставрополь: Изд-во СГУ, 2004. - С. 31 -35.

9. ВегераЖ-П, Диканский Ю.И., Ларионов Ю.А. Особенности реологических свойств магнитной жидкости, обусловленные ее структурной организацией в электрическом поле // Проблемы физико-математических наук: Материалы 49 научно-методической конференции преподавателей и студентов «Университетская наука-региону». - Ставрополь: Изд-во СГУ, 2004. - С. 25-29.

10. ВегераЖ.Г. Особенности реологических свойств магнитной жидкости, обусловленные процессами структурирования в электрическом и магнитном полях // Сборник тезисов 10-ой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (1-8 апреля 2004г., г. Москва). -Екатеринбург-Красноярск: Издательство АСФ России, 2004. - С.719-721.

11. Диканский Ю.И., Вегера Ж.Г., Закинян Р.Г., Нечаева О.А., Гладких Д.В. Особенности процессов структурообразования в магнитных жидкостях // Сборник научных трудов 11 -ой Международной Плесской конференции по магнитным жидкостям (8-11 сентября 2004 г., г. Плес). - Иваново: Изд-во ИГЭХ2004.-С. 14-21.

12. Veguera J.G., Dikansky Yu.I., Larionov Yu.A. Peculiarities of structural grating in a flowing magnetic fluid under electric and magnetic fields // Magnetohydrodynamics. - 2004. - Vol. 40. - №3. - P. 319-322.

13. Veguera J.G., Dikansky Yu.I. Periodical structure in a magnetic fluid under the action an electric field a shear flow // Book of Abstracts 10* International Conference on Magnetic Fluids (2-6 August 2004, Guaruja, Sao Paulo, Brazil). -Sao Paulo, 2004.-P. 77-78.

14. ВегераЖ.Г., Диканский Ю.И., Ларионов Ю.А. Особенности реологических свойств магнитной жидкости, обусловленные ее структурной организацией в электрическом поле // Вестник Ставропольского государственного университета. - 2004. - № 38. - С. 88-93.

Изд. лиц. серия ИД № 05975 от 03.10.2001 Подписано в печать 10.11.04

Формат 60x84 1/16 Усл.печл. 1,34 Уч.-изд.л. 1,03

Бумага газетная Тираж 100 экз. Заказ 248

Отпечатано в Издательско-полиграфическом комплексе Ставропольского государственного университета. 355009, Ставрополь, ул.Пушкина, 1.

»2590 1

РНБ Русский фонд

2006-4 3638

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Общие сведения о магнитных коллоидах.

1.2. Структурные превращения в магнитных жидкостях и обусловленные ими оптические эффекты.

1.3 Электрофизические свойства магнитной жидкости.

1.4 Особенности реологических и теплофизических свойств магнитной жидкости, связанные с их структурой.

1.5 Немагнитные включения в магнитной жидкости.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Объект исследования.

2.2. Методика исследования структуры магнитной жидкости.

2.3. Методика и техника реологических исследований магнитных жидкостей в электрическом и магнитном полях.

2.4. Методика и техника исследования теплопроводности магнитных жидкостей.

2.5. Методика исследования магнитных свойств магнитной жидкости.

ГЛАВА 3. СТРУКТУРНОЕ И МАГНИТНОЕ УПОРЯДОЧЕНИЕ ДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ В МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ И МАГНИТНОМ ПОЛЯХ.

3.1. Эффекты деформации микрокапельных агрегатов в магнитной жидкости при воздействии сдвиговых напряжений, магнитного и электрического полей.

3.2. Структура и особенности реологических свойств магнитной жидкости в электрическом поле.

3.3. Эффекты структурообразования и особенности процесса переноса заряда в тонких слоях магнитной жидкости.

3.4. Структурные превращения и магнитное упорядочение в магнитной жидкости.

ГЛАВА 4. СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ЧАСТИЦ МЕЛКОДИСПЕРСНОГО НЕМАГНИТНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ В МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЯХ.

4.1. Особенности взаимодействия и ориентации немагнитных частиц в магнитной жидкости в магнитном поле.

4.2. Особенности взаимодействия и ориентации немагнитных частиц в магнитной жидкости в магнитном и электрическом полях.

4.3. Особенности теплопроводности магнитной жидкости в магнитном и электрическом полях.

Актуальность проблемы. Магнитные жидкости (МЖ), представляющие собой коллоиды ферри- и ферромагнетиков, проявляют ряд интересных эффектов при взаимодействии с электромагнитным полем. Уникальность свойств таких жидких намагничивающих сред открыла возможности их применения в машиностроении, технике и медицине. Благодаря этому, исследованию магнитных жидкостей уделено достаточно большое внимание как со стороны отечественных, так и зарубежных ученых.

Физические свойства МЖ во многом определяются взаимодействием частиц и происходящими в результате этого (а также при взаимодействии с внешними полями) структурными превращениями в таких средах. В настоящее время некоторые свойства магнитных жидкостей считаются хорошо изученными (магнитные, реологические, оптические и др.). Вместе с тем, исследование особенностей взаимодействия МЖ с электрическим и с совместно действующими электрическим и магнитным полями, связанной с этим взаимодействием структурной организации коллоидных частиц требует дальнейшего развития. В реальных условиях, при применении магнитных жидкостей в технике, их структурное состояние, обусловленное действием магнитного и электрического полей, может претерпевать существенные изменения за счет действия сдвиговых деформаций и течений. Эти процессы необходимо учитывать как для прогнозирования работоспособности уже известных устройств, так и при проектировании новых. Однако эти вопросы остаются неисследованными. В последнее время предпринимаются попытки создания новых жидких композиционных намагничивающихся сред на основе МЖ. В частности, к таким системам относятся магнитные жидкости с немагнитным мелкодисперсным наполнителем. В магнитном и электрическом полях происходит ориентация и объединение частиц немагнитного наполнителя в структурные образования анизотропной формы, наличие которых может приводить к ряду особенностей физических свойств таких сред. Все это позволяет заключить, что в настоящее время актуальными являются исследования структурной организации коллоидных частиц в магнитных жидкостях при воздействии на них электрического и магнитного полей, структурные превращения при воздействии сдвиговых напряжений и их влияние на реологические и электрические свойства таких сред. Кроме того, представляет также интерес исследование структурной организации частиц немагнитного наполнителя в МЖ, связанных с ней особенностей физических свойств жидких намагничивающихся композиционных сред, созданных на основе магнитных жидкостей.

Целью настоящей работы является изучение эффектов, обусловленных структурной организацией коллоидных частиц и микрочастиц немагнитного наполнителя в магнитной жидкости при ее взаимодействии с электрическим и магнитным полями.

В соответствии с целью работы, были поставлены следующие задачи:

- изучение особенностей деформации микрокапельных агрегатов при совместном воздействии на них магнитного поля и вязких напряжений, исследование влияния этих процессов на вязкость и оптические свойства магнитных жидкостей с хорошо развитой микрокапельной структурой;

- исследование процессов образования структурных решеток в тонких слоях магнитной жидкости в электрическом поле и их трансформации в поле сил тяжести и под воздействием сдвиговых течений, установление влияния подобных структурных превращений на реологические свойства магнитных жидкостей;

- изучение дифракционных явлений, обусловленных возникновением структурных решеток, как в переменном, так и в постоянном электрическом полях, с целью выяснения возможности управления такими регулярными структурами путем дополнительного воздействия магнитным полем и сдвиговым течением;

- проведение на основе результатов экспериментальных исследований анализа причин и механизмов возникновения структурных образований в магнитных жидкостях при воздействии электрического поля, а также при его отсутствии, выяснение возможности магнитного упорядочения однодоменных частиц в образующихся агрегатах;

- исследование структурной организации немагнитных частиц различной формы, помещенных в магнитную жидкость и обусловленных ею особенностей физических свойств (светорассеяния и теплопроводности) тонких слоев таких систем.

Научная новизна диссертации состоит в следующем.

Впервые изучены особенности ориентации деформированных магнитным полем микро капельных агрегатов в плоском течении. Обнаружено, что в этом случае, при определенных условиях, наблюдается их упорядоченное расположение в виде структурной регулярной решетки. Показана зависимость вязкости магнитной жидкости с микрокапельной структурой от величины и направления постоянного магнитного поля, обусловленная деформацией микрокапельных агрегатов.

Экспериментально показана и теоретически обоснована зависимость вязкости магнитной жидкости от воздействия электрического поля, обусловленная возникновением при некотором критическом значении напряженности электрического поля структурной решетки лабиринтного типа, трансформирующейся в потоке в полосовую структуру.

Впервые обнаружено магнитное упорядочение в агрегатах магнитной жидкости, возникающих при избытке поверхностно-активного вещества. На основе моделирования процесса межчастичного взаимодействия путем построения потенциальных кривых взаимодействия системы двух частиц, проведен анализ причин и механизмов структурообразования магнитной жидкости в случае избытка ПАВ в электрическом поле и при его отсутствии.

На основе результатов экспериментальных исследований показана возможность управления структурной организацией помещенного в магнитную жидкость ансамбля немагнитных частиц различной формы с помощью одновременного воздействия электрическим и магнитным полем.

Обнаружено возникновение анизотропии светорассеяния и теплопроводности в таких системах при воздействии на них магнитного поля.

Достоверность полученных результатов подтверждена корректностью использованных методик исследования, применением при проведении измерений стандартных приборов и оборудования, анализом погрешностей измерений. Основные результаты и сделанные выводы доложены и обсуждены на Всероссийских научных конференциях.

Научная и практическая значимость диссертации заключается в том, что полученные результаты исследования структурной организации дисперсных частиц магнитных коллоидов при совместном действии электрических, магнитных полей и сдвиговых течений, а также процессов структурного упорядочения немагнитых включений, помещенных в магнитные жидкости при воздействии электрических и магнитных полей внесли определенный вклад в развитие фундаментальных проблем жидких намагничивающихся сред.

Обнаруженные эффекты образования регулярных структурных решеток при воздействии на магнитные коллоиды электрического, магнитного полей и сдвиговых напряжений могут служить основой для создания регулируемых дифракционных решеток и устройств, предназначенных для управления световыми потоками.

На основе результатов исследования теплопроводности композиционных магнитных жидкостей при воздействии на них электрического и магнитного полей показана возможность создания на основе таких сред устройств управления процессами теплообмена.

Автор защищает: экспериментальные результаты исследования особенностей деформации микрокапельных агрегатов при совместном воздействии на них магнитного поля и вязких напряжений и влияния этих процессов на вязкость и оптические свойства магнитных жидкостей с хорошо развитой микрокапельной структурой;

- экспериментальные результаты, выявившие зависимость вязкости магнитной жидкости от воздействия электрического поля, обусловленную возникновением структурной решетки лабиринтного типа, трансформирующейся в потоке в полосовую структуру;

- экспериментально обнаруженное явление возникновения магнитного упорядочения в агрегатах магнитных жидкостей, образующихся при избытке ПАВ;

- анализ механизмов возникновения структурных образований в магнитных жидкостях при воздействии электрического поля, а также при его отсутствии, проведенный на основе моделирования процесса межчастичного взаимодействия путем построения потенциальных кривых взаимодействия системы двух частиц; экспериментальные результаты исследования структурного упорядочения дисперсных немагнитных частиц, помещенных в магнитную жидкость в электрическом и магнитном полях и сделанный на их основе вывод о возможности регулирования процессом теплообмена за счет этих процессов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы, содержащего 195 наименований. Материал диссертации содержит 165 страниц, 45 рисунков.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 4-Й ГЛАВЫ как напряженностей полей, так и магнитных и электрических параметров несущей среды и материала немагнитных включений. Проведен анализ механизмов взаимодействия частиц немагнитного наполнителя и ориентации образовавшихся структур под воздействием магнитного и электрического полей. Предложено объяснение особенностей возникающих в этом случае дифракционных эффектов.

2. Установлено, что действие однородного магнитного поля на магнитную жидкость с дисперсным немагнитным наполнителем (графитовыми частицами микронных размеров) приводит к существенной анизотропии коэффициента теплопроводности - различие коэффициента теплопроводности в направлении, совпадающем с вектором напряженности поля и перпендикулярном ему может достигать 25 %. Анализ обнаруженного эффекта сделан на основе представлений о возникновении структурной анизотропии в такой среде за счет структурной организации в магнитном поле частиц немагнитного наполнителя.

3. Показано, что при наличии электроконвекции в плоском слое магнитной жидкости интенсивность теплоотдачи зависит от ориентации магнитного поля. Воздействие неоднородного магнитного поля приводит к увеличению напряжения, соответствующего началу интенсификации теплообмена.

В заключение сформулируем основные результаты и выводы диссертационной работы:

1. Изучены особенности деформации микрокапельных агрегатов при совместном действии на них магнитного поля и вязких напряжений, показано, что эти процессы приводят к особенностям дифракционного светорассеяния и изменению вязкости магнитной жидкости с микрокапельной структурой. На основе теоретического анализа поведения деформированных капельных агрегатов в потоке и результатов наблюдений обнаруженных дифракционных эффектов, сделан вывод о возможности образования при этих условиях регулярной структуры.

2. Экспериментально показана и теоретически обоснована зависимость вязкости магнитной жидкости от воздействия электрического поля, обусловленная возникновением при некотором критическом значении напряженности электрического поля структурной решетки лабиринтного типа, трансформирующейся в потоке в полосовую структуру.

3. Обнаружено магнитное упорядочение в агрегатах магнитной жидкости, образующихся при избыточном содержании ПАВ. На основе моделирования процесса межчастичного взаимодействия путем построения потенциальных кривых взаимодействия системы двух частиц проведен анализ причин и механизмов структурообразования магнитной жидкости в случае избытка ПАВ в электрическом поле и при его отсутствии. Сделан вывод, что при отсутствии электрического поля возникновение агрегатов может быть объяснено на основе явления вытеснительной флокуляции, тогда как появление микрокапельной структуры с последующим образованием структурных решеток при воздействии электрического поля может быть связано с фазовым расслоением системы.

4. На основе результатов исследования дифракционных эффектов, наблюдающихся при пропускании луча лазера через тонкие слои магнитной жидкости, показана возможность управления характером структурных решеток, возникающих в магнитной жидкости в постоянном и переменном электрическом поле путем дополнительного воздействия магнитным полем и сдвиговым течением.

5. Изучены особенности структурной организации системы дисперсных немагнитных частиц, помещенных в магнитную жидкость, подверженную действию магнитного и электрического полей. При этом в качестве такого дисперсного наполнителя использовались частицы различной формы -сферические, цилиндрические, а также бесформенные частицы графитовой пыли. Кроме того, рассмотрено структурообразование жидких (глицериновых) микрокапель, распыленных в магнитной жидкости. Проведен анализ механизмов взаимодействия частиц немагнитного наполнителя и ориентации образовавшихся структур под воздействием магнитного и электрического полей. Предложено объяснение особенностей возникающих в этом случае дифракционных эффектов.

6. Установлено, что действие однородного магнитного поля на магнитную жидкость с дисперсным немагнитным наполнителем (графитовыми частицами микронных размеров) приводит к существенной анизотропии коэффициента теплопроводности — различие коэффициента теплопроводности в направлении, совпадающем с вектором напряженности поля и перпендикулярном ему может достигать 25 %. Анализ обнаруженного эффекта сделан на основе представлений о возникновении структурной анизотропии в такой среде за счет структурной организации в магнитном поле частиц немагнитного наполнителя.

1. Elmore W. С. Ferromagnetic colloid for studying magnetic structure // Phys. Rev. 1938. - Vol. 54. - N 4. - P. 309.

2. Elmore W. C. The magnetization of ferromagnetic colloid // Phys. Rev. -1938.-Vol. 54.-N 12.-P. 1092-1095.

3. Бибик E.E., Бузунов O.E. Достижения в области получения и применения магнитных жидкостей. М: ЦНИИ, Электроника, 1979. -60 с.

4. Вонсовский С.В. Магнетизм. М.: Наука, 1971. - 1032 с.

5. Neel L. Influence des fluctuations thermiques sur l'aimantation de grains ferromagnetiques tres fins // Academic des sciences. Comptes rendus. -1949. Vol. 228. -N 8.- P. 1927-1937.

6. Bean C.P. Hysteresis loops of mixtures of ferromagnetic micropowdes // Journal of Applied Physics. 1955.- Vol.26. - N 11. - P. 1381-1383.

7. Shliomis M.I., Raikher Yu.L. Experimental Investigations of Magnetic fluids // IEEE Transactions on Magnetic. 1980. - Vol. MAG - 16. - N 2. - P. 237-250.

8. Kaiser R Miscolezy G. Magnetic properties of staible dispertions of subdomain magnetic particles // Journal of Applied Physics. 1970. - Vol. 1, N3.-P. 1064-1072.

9. Бибик E.E., Матыгулин Б.Я., Райхер Ю.Л., Шлиомис М.И. Магнитостатические свойства коллоидов магнетита // Магнитная гидродинамика. 1973. — № 1. - С. 68-72.

10. Мозговой Е.Н., Блум Э.Я. Магнитные свойства мелкодисперсных ферросуспензий, синтезированных электроконденсационным способом // Магнитная гидродинамика. 1971. - № 4. - С. 18-24.

11. Диканский Ю.И., Кожевников В.М., Чеканов В.В. Магнитная восприимчивость и электропроводность магнитной жидкости приналичии структурных образований // В сб.: Физические свойства магнитных жидкостей. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1983. - С. 28-33.

12. Диканский Ю.И., Полихрониди Н.Г., Чеканов В.В. Исследование магнитных свойств феррожидкости в постоянном однородном магнитном поле // Магнитная гидродинамика. 1981. - № 3. - С. 118120.

13. Пшеничников А.Ф., Мехоношин В.В. Магнитные свойства отвержденных ферроколлоидов // Физика твердого тела. — 1998. — Т. 40. -№6.-С. 1062-1067.

14. Mamiya Н., Nakatani I., Furubashy Т. Phase transitions of iron-nitride magnetic fluids // Phys. Rev. Lett. 2000. - Vol. 84. - P. 6106-6109.

15. Morozov K.I., Lebedev A.V. The effect of magneto-dipole interactions on the magnetization curves of ferrocolloids // J. Magn. Magn. Mater. 1990. -Vol. 85.-P. 51-53.

16. Buevich Yu.A., Ivanov A.O. Equilibrium properties of ferrocolloids // Physica A. 1992. - Vol. 190. - P. 276-294.

17. Huke В., Lucke M. Magnetization of ferrofluids with dipolar interaction: a Born-Mayer expansion // Phys. Rev. E. 2000. - Vol. 62. - P. 6875-6890.

18. Ivanov A.O., Kuznetsova O.B. Magnetic properties of dense ferrofluids: an influence of interparticle correlation // Phys. Rev. E. 2000. — Vol. 64. - P. 041405.

19. Иванов A.O., Менделев B.C. Цепочечные агрегаты в феррожидкостях: влияние магнитного поля // Сборник научных трудов 11-ой Международной конференции по магнитным жидкостям (8-11 сентября 2004 г., г. Плес). Иваново: Изд-во ИГЭУ, 2004. - С. 62-67.

20. Канторович С.С. Цепочечные агрегаты в полидисперсных феррожидкостях // Сборник научных трудов 11-ой Международной конференции по магнитным жидкостям (8-11 сентября 2004 г., г. Плес). Иваново: Изд-во ИГЭУ, 2004. - С. 27-32.

21. Фертман Е.Е. Магнитные жидкости. Минск: Вышейшая школа, 1988.184 с.

22. Гогосов В.В., Налетова В.А., Шапошникова Г.А. Гидродинамика намагничивающихся жидкостей // Итоги науки и техники, сер. Механика жидкости и газа. 1981. - Т. 16. - С. 76- 208.

23. Блум Э.Я., Майоров М.М., Цеберс А.О. Магнитные жидкости. Рига: Зинатне, 1986. - 386 с.

24. Скибин Ю.Н. Исследование свойств малых ферромагнитных частиц и их взаимодействия в магнитных жидкостях оптическими методами: Дис. канд. физ.-мат. наук. Ставрополь, 1982. - 138 с.

25. Дроздова В.И. Экспериментальные исследования структуры и магнитных свойств магнитных жидкостей: Дис. канд. физ.-мат. наук. — Ставрополь, 1983. 139 с.

26. Диканский Ю.И. Экспериментальное исследование взаимодействия частиц и структурных превращений в магнитных жидкостях: Дис. канд. физ.-мат. наук. — Ставрополь, 1984. 125 с.

27. De Gennes P.G., Pair Correlation in a ferromagnetic colloids // Physics der kondensirten Materie. 1970. - Vol.11. -N 3.- P.189-198.

28. Цеберс А.О. Собственные вращения частиц в гидродинамике намагничивающихся и поляризующихся сред: Дис. канд. физ-мат. наук. Рига, 1976. - 145 с.

29. Krueger D.A. Theoretical estimates of equilibrium chain Lengths in Magnetic colloids. // Journal of Colloid and Interface Science. 1979 .- Vol. 70. -N 3. - P.558-563.

30. Krueger D.A. Review of agglomeration in ferrofluids // IEEE Transactions of Magnetics. 1980. - Vol. Mag - 16. - N 2. - P.251-256.

31. Peterson E.A., Krueger D.A. Reversible field induced agglomeration in magnetic colloids // Journal of Colloid and Interface Science. - 1977. - Vol. 62.-N 1. - P.24-34.

32. Martinet A. Birefringence et dyohroisme linear des ferrofluids sous champ magnetigue // Reologica Asta. 1974. - Vol. - 52. -N 2. - P. 260-264.

33. Чеканов B.B. Магнетизм малых частиц и их взаимодействие в коллоидных ферромагнетиках: Дис. д-ра физ.-мат. наук. М., 1985. -270 с.

34. Чеканов В.В. О термодинамике агрегатов в магнитных жидкостях // Материалы 2-ой Всесоюзной школы-семинара по магнитным жидкостям.-М. 1981.-С. 15-16.

35. Чеканов В.В., Дроздова В.И., Нуцубидзе П.В., Скроботова Т.В., Черемушкина А.В. Изменение намагниченности магнитной жидкости при образовании агрегатов // Магнитная гидродинамика. 1984. - №1. -С. 3-9.

36. Диканский Ю.И., Балабанов К.А., Полихрониди Н.Г. Экспериментальное исследование структурных превращений в магнитных жидкостях // Магнитная гидродинамика. 1989. - №1. - С. 117-119.

37. Буевич Ю.А., Иванов А.О. Кинетика образования сферических агрегатов в магнитных жидкостях // Магнитная гидродинамика. 1990. - №2. - С. 33-40.

38. Зубарев А.Ю., Исакова Л.Ю. К статистической термодинамике магнитных суспензий // Коллоидный журнал. 1994. - Т. 56. - № 4. - С. 509-512.

39. Зубарев А.Ю. Кинетика расслоения магнитных жидкостей в присутствии внешнего поля // Коллоидный журнал. — 1995 .- Т. 57. № 6.-С. 804-810.

40. Ivanov А.О. Phase separation in bidisperse ferrocolloids // J. Magn. Magn. Mater. 1996. - Vol. 154. - P. 66-70.

41. Дроздова В.И., Шагрова Г.В., Черемушкина А.В. Исследование структуры магнитных жидкостей, содержащих микрокапельныеагрегаты I I III Всесоюзное совещание по физике магнитных жидкостей: Тез. докл. Ставрополь, 1986.- С.49-50.

42. Диканский Ю.И. Экспериментальное исследование эффективных полей в магнитной жидкости // Магнитная гидродинамика. 1982. - № 3. - С. 33-36.

43. Чеканов В.В. Возникновение агрегатов как фазовый переход в магнитных коллоидах // Физические свойства магнитных жидкостей. -Свердловск: УНЦ АН СССР, 1983. С.42-49.

44. Морозов К.И. К теории конденсации магнитной жидкости в антиферромагнитную фазу // Структурные свойства и гидродинамика магнитных коллоидов. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1986. - С.9-14.

45. Hayes Ch.F. Observation of assosiation in a ferromagnetic colloid // Journal of Colloid and Interface Science. 1975. - Vol.52. - №2. - P. 239-243.

46. Цеберс A.O. К вопросу о причинах образования микрокапельных агрегатов в коллоидах ферромагнетиков // Магнитная гидродинамика. -1987.-№3.-С. 143-145.

47. Буевич Ю.А., Иванов А.О. Кинетика образования сферических агрегатов в магнитных жидкостях // Магнитная гидродинамика. 1990. - № 2. - С. 33-40.

48. Неппер Д. Стабилизация коллоидных дисперсий полимерами. М.: Мир, 1986.-487 с.

49. Scolten Р.С. The origin of magnetic birefringence and dichroism in magnetic fluid // IEEE Trans. Magnetics. 1980. - Vol. 16. - № 2. - P. 221-225.

50. Бибик E.E., Лавров И.С., Меркушев O.H. Оптические эффекты при агрегировании частиц в электрическом и магнитном полях // Коллоидный журнал. 1966. - Т.28. - №5. - С. 631-634.

51. Бибик Е.Е. Магнитооптический эффект агрегирования в поперечном электрическом поле // Коллоидный журнал. 1970. - Т.32. - № 2. - С. 307.

52. Haas W.E., Adams J.E. Diffraction effects in ferrofluids // Journal Applied Physics Letters. 1975. - Vol. - 27. - P. 571-572.

53. Райхер Ю.Л. Диффракционное рассеяние света ферромагнитной суспензией в сильном магнитном поле // Физические свойства магнитных жидкостей. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1983. - С. 58-65.

54. Кубасов А.А. Исследование структуры магнитной жидкости методом рассеяния света // Магнитная гидродинамика. 1986. - № 2. - С. 133135.

55. Дроздова В.И., Скибин Ю.Н., Шагрова Г.В. Исследование структуры разбавленных магнитных жидкостей по анизотропному светорассеянию //Магнитная гидродинамика. 1987. - №2. - С. 63-66.

56. Пшеничников А.Ф., Шурубор И.Ю. Диффракционное рассеяние света тонкими слоями магнитной жидкости // Структурные свойства и гидродинамика магнитных коллоидов. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1986. - С. 25-28.

57. Майоров М.М. Экспериментальное исследование кинетики магнитного двойного лучепреломления и дихроизма в разбавленной магнитной жидкости // Магнитная гидродинамика. 1977. - №3. - С. 29 - 33.

58. Скибин Ю.Н., Чеканов В.В., Райхер Ю.Л. Двойное лучепреломление в ферромагнитной жидкости // ЖЭТФ. 1977.- Т.72. - Вып.З. - С. 949955.

59. Скибин Ю.Н., Чеканов В.В. Исследование строения ферромагнитной жидкости методом вращающейся кюветы // Магнитная гидродинамика. 1979.-№ 1.-С. 19-21.

60. Davies H.W., Llewellyn J.P. Magnetic birefringence of ferrofluids. II. Pulsed field measurements // J. Phys. D. Appl. Phys. 1979. - Vol. 12. - P. 13571363.

61. Scolten P.C. The origin of magnetic birefringence and dichroism in magnetic fluid // IEEE Trans. Magnetics. 1980. - Vol. 16. - №2. - P.221-225.

62. Jones G.A. Aggregation of watter-based magnetic liquids observed with the polarising microscope // J. Phys. D: Appl. Phys. 1985. - Vol. 18, № 7. - P. 1281-1290.

63. Чеканов B.B., Кожевников B.M., Падалка B.B., Скибин Ю.Н. Двулучепреломление магнитной жидкости в электрическом и магнитном полях // Магнитная гидродинамика. 1985. - №2. - С. 79 -83.

64. Кожевников В.М., Падалка В.В., Райхер Ю.Л., Чеканов В.В., Оптическая анизотропия магнитной жидкости в скрещенных электрическом и магнитном полях // Изв. АН СССР. Сер. физ.1987. Т. 51.-№6.-С. 1042- 1048.

65. Taketomi S. Magnetic field sensor using an anomalous pseudo Cotton-Mouton effect of a magnetic fluid thin film // Proc. 3rd sensor symp. 1983. -P. 175-178.

66. Bacri J.C., Cabuil V., Massart R. et al Ionic ferrofluid: optical properties // JMMM. 1987. - Vol.65. - P. 285-288.

67. Taketomi S. Magnetic birefringence and dichroism in magnetic fluid // TJMJ. 1989. - Vol 4. - № 6. - P. 384-394.

68. Taketomi S., Takahashi H., Inada N. Temperature and concentration dependence of magnetic birefringence of magnetic fluids // J. Phys. Soc. Jap. 1990. - Vol. 59. - № 7. - P. 2500-2507.

69. Ерин K.B. Изучение кинетики двойного лучепреломления в коллоидных системах при воздействии внешних электрического и магнитного полей: Дис. канд. физ.-мат. наук.-Ставрополь, 2001.- 151 с.

70. Диканский Ю.И., Катранова Н.И., Темирчев Г.И. О дифракции света в агрегированной магнитной жидкости // XVIII Всесоюзная конференция по физике магнитных явлений: Тез. докл. Калинин, 1988. - С. 856857.

71. Диканский Ю.И., Бондаренко Е.А., Рубачева В.И. Дифракция света на света на структурных образованиях в магнитной жидкости // XIII

72. Рижское совещание по магнитной гидродинамике: Тез. докл. Рига, 1990. - Т. 3.-С. 15-17.

73. Диканский Ю.И., Ачкасова Е.А., Полихрониди Н.Г. Дифракционное рассеяние света структурированными магнитными жидкостями в сдвиговом течении // Коллоидный журнал. 1995. - Т. 57. - №1 - С. 113-116.

74. Чеканов В.В. О взаимодействии частиц в магнитных коллоидах // Гидродинамика и теплофизика магнитных жидкостей. Саласпилс, 1980.- С.69-76.

75. Цеберс А. О. Термодинамическая устойчивость магнитных жидкостей // Магнитная гидродинамика. 1982. - № 2. - С. 42-48.

76. Цеберс А.О. О роли поверхностных взаимодействий при расслоении магнитных жидкостей // Магнитная гидродинамика. 1982. - № 4. - С. 21-27.

77. Барьяхтар Ф.Г., Горобец Ю.И., Косачевский Л.Я., Ильчишин О.В., Хиженков П.К. Гексагональная решетка цилиндрических магнитных доменов в тонких пленках феррожидкости // Магнитная гидродинамика. 1981. - № 3. - С. 120-123.

78. Цеберс А.О. Образование и свойства крупных конгломератов магнитных частиц // Магнитная гидродинамика. 1983. - №3. - С. 3-11.

79. Sano К. Theory off agglomeration of ferromagnetic particles in magnetic fluids//J.Phys. Soc. Japan. 1983. - Vol. 52. -№ 8. - P. 2810-2815.

80. Шлиомис М.И. О начальной магнитной восприимчивости коллоидов кобальта // Структурные свойства и гидродинамика магнитных коллоидов. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1986. - С. 3-8.

81. Барьяхтар Ф.Г., Хиженков П.К., Дорман В.Л. Динамика доменной структуры магнитных жидкостей. // Физические свойства магнитных жидкостей. Свердловск, 1983. - С. 50-57.

82. Bacri J.C., Salin D. Optical scattering on ferrofluid agglomerates // J. Physique (Lettres). 1982. - T. 43. - № 22. - P. L771-L777.

83. Bacri J.C., Salin D. Instability of ferrofluid magnetic drops under magnetic field // J. Physique (Lettres). -1982. T. 43. - № 17. - P. L649-L654.

84. Горобец Ю.И., Ильчишин O.B., Макмак И.М. Особенности процесса структурообразования в пленках ферромагнитной жидкости // Магнитная гидродинамика. — 1988. № 4. - С. 44-48.

85. Цеберс А.О. К вопросу об образовании коллоидами ферромагнетиков периодических структур в плоских слоях // Магнитная гидродинамика.- 1986.-№4.-С. 132-135.

86. Зубарев А.Ю. Периодические доменные структуры в тонких слоях магнитных жидкостей // Коллоидный журнал. 1995. - Т. 57. - № 5. -С. 684-687.

87. Дроздова В.И., Цеберс А.О., Шагрова В.Г. Магнитные неустойчивости микрокапель в тонких капиллярах // Магнитная гидродинамика. 1990.- № 3. С.55-62.

88. Диканский Ю.И., Цеберс А.О. Концентрационные доменные структуры в тонких слоях магнитной жидкости и дифракции света // Магнитная гидродинамика. 1990. - № 2. - С. 47-53.

89. Хиженков П.К., Дорман B.JI., Барьяхтар Ф.Г. Фазовая диаграмма магнитной жидкости // Магнитная гидродинамика. — 1989. №1. — С. 35-40.

90. Cebers А. О. Magnetic colloid pattern formation at magnetic field induced phase separation // Magnetohydrodynamics. Vol 35. - 1995. - №4. - P. 344-364.

91. Dikansky Yu.I., Shatsky V.P. Electrohydrodynamics of magnetic emulsions and diffraction light scattering // XV international conference on magnetic fluids. Riga, 1988. - P. 99-100.

92. Диканский Ю.И., Цеберс А.О., Шацкий В.П. Свойства магнитных эмульсий в электрическом и магнитном полях // Магнитная гидродинамика. 1990. - №1. - С. 32-38.

93. Торза С., Кокс Р., Мейсон С. Электрогидродинамическая деформация и разрыв капель / Реология суспензий. М.: Мир, 1975. - С. 285-331.

94. Диканский Ю.И. Эффекты взаимодействия частиц и структурно-кинетические процессы в магнитных коллоидах: Дис. д-ра физ.-мат. наук. Ставрополь, 1999. — 305с.

95. Цеберс А.О. Внутреннее вращение в гидродинамике слабопроводящих диэлектрических суспензий // Механика жидкости и газа. 1980. - №2.- С. 86-93.

96. Нечаева О.А. Структурная организация магнитных коллоидов в электрическом и магнитном полях: Дис. канд. физ.-мат. наук. — Ставрополь, 2001.- 140 с.

97. Dikansky Yu.I., Nechaeva О.А. On the origin of structural grating in a magnetic fluid thin film under electric and magnetic field // Magnetohydrodynamics. 2002. - Vol. 38. - № 3. - P. 287-297.

98. Диканский Ю.И., Нечаева О.А. Структурные превращения в магнитной жидкости в электрическом и магнитном полях // Коллоидный журнал.- 2003. Т 65. - № 3. - 338-342.

99. Гордеев Г.М., Матусевич Н.П., Ржевская С.П., Фертман В.Е. Электрические свойства магнитных жидкостей // Физические свойства магнитных жидкостей. Свердловск, 1983. - С. 98-102.

100. Кожевников В.М. Электрофизические свойства магнитоэлектрической жидкости и разработка струйного электронейтрализатора: Дис. канд. физ.-мат. наук. — Ставрополь, 2001. 140 с.

101. Орлов Д.В. и др. Магнитные жидкости в машиностроении / Сб. научных трудов под редакцией проф. Д.В. Орлова и В.В. Подгоркова. -М.: Машиностроение, 1993. 272 с.

102. Дюповкин Н.И. Электропроводность магнитных жидкостей // Коллоидный журнал. — 1995. Т. 57. - № 5. - С. 666-669.

103. Шихмурзаев Ю.Д. Электродинамические параметры магнитной жидкости с диэлектрическим слоем ПАВ на частицах // Магнитная гидродинамика. 1991. - № 2. — С. 35-40.

104. Дюповкин Н.И., Орлов Д.В. Влияние электрического и магнитного полей на структуру магнитных жидкостей // Структурные свойства и гидродинамика магнитных коллоидов. Свердловск, 1986. — С.29-34.

105. Дюповкин Н.И. Диэлектрическая проницаемость магнитных жидкостейtв магнитном поле // Коллоидный журнал. 1995. - Т. 57. - № 4. - С. 476-479.

106. Зубков С.Ю., Митькин Ю.А., Орлов Д.В. Диэлектрическая проницаемость феррожидкостей в магнитном поле // Электронная обработка материалов. 1981. - № 5. - С. 36-38.

107. Чеканов В.В., Кандаурова Н.В., Бондаренко Е.А. Изменение концентрации магнитной жидкости вблизи электродов в электрическом поле // Сборник научных трудов. Серия «Физико-химическая». -Ставрополь: Изд-во СевКавГТУ. 1999. - С. 80-83.

108. Бондаренко Е.А Механизм формирования многослойной структуры в магнитной жидкости в приэлектродной области: Дис. .канд. физ.-мат. наук. Ставрополь, 2001. - 130 с.

109. Ш.Кожевников В.М., Морозова Т.Ф., Шаталов А.Ф., Малсугенов О. В. Исследование влияния температуры на параметры магнитной жидкости // XXVII научно-технической конференции СтГТУ: Тез. докл. Ставрополь, 1997. - С.77.

110. Морозова Т.Ф. Электропроводность магнитной жидкости в постоянном электрическом поле при изменении температуры // Региональная научно-техническая конференция «Вузовская наука — СевероКавказскому региону: Тез. докл. Ставрополь, 1998. - С. 82.

111. Кожевников В.М., Ларионов Ю.А., Падалка В.В., Бутенко А.А. Свойства тонкого слоя магнитной жидкости в электрическом поле // XIII Рижское совещание по магнитной гидродинамике: Тез. докл. -Саласпилс, 1990. С. 89-90.

112. Кожевников В.М., Морозова Т.Ф. Электрофизические параметры тонких слоев магнитной жидкости и ее компонентов // Сборник научных трудов. Серия «Физико-химическая». Ставрополь: Изд-во СевКавГТУ. - 1999. - С. 60-66.

113. Аверьянов П.В., Кожевников В.М., Морозова Т.Ф. Структурообразование в слое магнитной жидкости под воздействием постоянного электрического поля // Сборник научных трудов. Серия

114. Естественнонаучная». Ставрополь: Изд-во СевКавГТУ. - 2002. — С. 130-137.

115. Аверьянов П.В., Кожевников В.М., Морозова Т.Ф. Структурирование слоя магнитной жидкости в приповерхностных областях // Материалы научно-практической конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии». Кисловодск, 2001. - С. 7374.

116. Kozhevnikov V.M., Morozova T.F. Inductivity of a stratum magnetic fluid in electrical and magnetic fields // Magneto hydrodynamics. — 2001. -Vol.37.-№4.-P. 383-388.

117. Богатырев Г.П., Гилев В.Г. Исследование концентрационной зависимости вязкости магнитной жидкости во внешнем магнитном поле // Магнитная гидродинамика. — 1984. №3. - С. 33-37.

118. Бузмаков В.М., Пшеничников А.В. О концентрационной зависимости вязкости магнитных жидкостей // Магнитная гидродинамика. 1991. -№1. - С. 18-22.

119. Мозговой Е.Н., Блум Э.Я., Цеберс А.О. Течение ферромагнитной жидкости в магнитном поле // Магнитная гидродинамика. — 1973. №1. -С. 61-67.

120. Майоров М.М. Измерение вязкости феррожидкости в магнитном поле // Магнитная гидродинамика. — 1980. №4. — С. 11-18.

121. Rosensweig RE., Kaizer R., Viskolczy G. Viscosity of magnetic fluid in magnetic field // J. Coll. Int. Sci. 1969. - V. 29. - №4. - P. 680-686.

122. Calagaru Ch., Badescu R., Luca E. Magnetoviscosity of ferrofluids // Phys. -1976. T. 21. - №3. p. 305-306.

123. Цеберс А.О. О моделях намагничивания коллоида ферромагнетика в гидродинамическом потоке // Магнитная гидродинамика. 1975. - №4. -С. 37-44.

124. Диканский Ю.И., Майоров М.М. Реологические свойства концентрированной магнитной жидкости // Магнитная гидродинамика.- 1982.-№4.-С. 117-130.

125. Шлиомис М.И. Магнитные жидкости // УФН. 1974. - Вып. 3. - № 112.- С. 427-444.

126. Богатырев Г.П., Гилев В.Г. Реологические свойства магнитных жидкостей // Материалы III Всесоюзной школы-семинара по магнитным жидкостям. Плес, 1983. - С. 30-31.

127. Гилев В.Г., Шлиомис М.И. О реологических свойствах мелкодисперсной магнитной жидкости // Структурные свойства и гидродинамика магнитных коллоидов: Сб. науч. трудов. Свердловск, 1986.-С. 47-52.

128. Мартынов С.И. Влияние образования и разрушения агрегатов на вязкость магнитной жидкости // Магнитная гидродинамика. 1989. -№1. - С. 47-52.

129. Богатырев Г.П., Гилев В.Г. Исследование концентрационной зависимости вязкости магнитной жидкости во внешнем магнитном поле // Магнитная гидродинамика. 1984. - №3. - С. 33-37.

130. Шульман З.П., Кордонский В.И., Зальцгендлер Э.А. Об измерении магнитореологических характеристик ферросуспензий // Магнитная гидродинамика. 1979. - №1. - С. 39-43.

131. Русакова Н.Н., Орлов Д.В. Ориентационный эффект в реологии магнитных жидкостей // V Всесоюзное совещание по физике магнитных жидкостей (18-20 сентября 1990 г.): Тез. докл. Пермь, 1990.-С. 108-109.

132. Минюков С.Г., Несвитайло А.И., Федоненко А.И. О влиянии концентрации дисперсной фазы на реологию магнитных жидкостей // VI Всесоюзная конференция по магнитным жидкостям (13-15 мая 1991г.): Тез. докл. Плес, 1991 - С. 75-76.

133. Jennings B.R., Xu М., Ridler P.J. Structure in magneto-rheological fluids: a theoretical analysis // Journal Of Physics D: Appl. Phys. 2001. - V. 34. - P 1617-1623.

134. Чернобай В.А., Ярмольчик Ю.П. Вязкость магнитных эмульсий // V Всесоюзное совещание по физике магнитных жидкостей (18-20 сентября 1990 г.): Тез. докл. Пермь, 1990. - С. 124-125.

135. Cebers А.О. Bistability and «negative» viscosity for suspension of insulating particles in an electric field // Physical Review Letters. 2004. - V. 92. - N. 3.-P. 034501.

136. Block H., Kelly J. Electro-reology // J. Phys. D. 1988. - V. 21 - N. 12. - P. 1661-1677.

137. Электрореологический эффект / Шульман З.П., Дейнега Ю.Ф., Городкин Р.Г., Мацепуро А.Д. Минск: Наука и техника, 1972. - 176 с.

138. Кронкалнс Г.Е., Майоров М.М., Фертман В.Е. Температурная зависимость физических свойств магнитных жидкостей // Магнитная гидродинамика. 1984. - №2. - С. 38-42.

139. Тареев Б.М. Теплопроводность коллоидных систем // Коллоидный журнал. 1940. - Т. 6. -№ 6. - С. 545-550.

140. Марценюк М.А. Теплопроводность суспензии эллипсоидальных частиц в магнитном поле // 8-е Рижское совещание по магнитной гидродинамике. Рига: Зинатне, 1975. - Т1. - С. 108-109.

141. Кронкалнс Г.Е. Измерение коэффициентов теплопроводности и электропроводности феррожидкости в магнитном поле // Магнитная гидродинамика. 1977. - № 3. - С. 138-140.

142. Богатырев Г.П., Ястребов Г.В. Измерение коэффициента теплопроводности ферромагнитных суспензий // III Всесоюзная школа-семинар по магнитным жидкостям: Тез. докл. Плес, 1983 г. - С. 32-33.

143. Рыков В.Г. Экспериментальное исследование теплопроводности магнитной жидкости в магнитном поле // III Всесоюзная школа-семинар по магнитным жидкостям: Тез. докл. Плес, 1983 г. - С. 216218.

144. Шульман З.П., Кордонский В.И., Демчук С.А., Прохоров И.В. Влияние магнитных полей на процессы переноса в магнитореологических суспензиях // В кн.: Гидродинамика и теплофизика магнитных жидкостей. Саласпилс, 1980. - С. 183-188.

145. Skjeltorp А.Т. One- and two-dimensional crystallization of magnetic holes // Phys. Rev. Letters. 1983. - Vol. 12. - N 6. - P. 935-955.

146. Skjeltorp A.T. Colloidal crystals in magnetic fluid // J. Appl. Phys. 1984. -Vol. 55-N6.-P. 2587-2588.

147. Skjeltorp A.T. Ordering phenomena of particles dispersed in magnetic fluids (invited) // J. Appl. Phys. 1985. - Vol. 57. - N 1. - P. 3285-3290.

148. Skjeltorp A.T. Monodisperse particles and ferrofluids a fruit-fly model system // 4th Intern, conf. on magnetic fluids. Tokyo: Sendai, 1986. — P. 13-14.

149. Warner M., Hornreich R.M. The stability of quasi-2D lattices of magnetic holes // J. Phys. A: Math. Gen. 1985. - Vol. 18. - N 12. - P. 2325-2341.

150. Такетоми С., Тикадзуми С. Магнитные жидкости / Пер. с японск. — М.: Мир, 1993. 272 с.

151. Кашевский Б.Э., Кордонский В.И., Прохоров И.В. Магнитореологический эффект в суспензии с активной несущей жидкостью // Магнитная гидродинамика. 1988. - №1. - С. 35-40.

152. Кашевский Б.Э., Кордонский В.И., Прохоров И.В., Хутская Н.Г. Влияние однородного поля на осаждение немагнитных частиц в магнитной жидкости // Магнитная гидродинамика. — 1989. №4. — С. 123-127.

153. Розенцвейг Р. Феррогидродинамика / Пер. с англ. М.: Мир, 1989.-467с.

154. Химический энциклопедический словарь. М.: Сов. Энциклопедия,1983. 792 с.

155. Кикоин К. Таблицы физических величин. М.: Атомиздат, 1976.- 1008с.

156. Кузнецов В.И. Химические реактивы и препараты. М. - Д.: ГНТИХЛ,1953. 670 с.

157. Диканский Ю.И. К вопросу о магнитогранулометрии в магнитных жидкостях // Магнитная гидродинамика.- 1984.- № 7.- С.123-126.

158. Розенбаум В.М., Огенко P.O. Фазовые переходы в двумерных системах диполей, совершающих повторные переориентации // ФТТ. 1984. — № 5.-С. 1448-1451.

159. Барр Г. Вискозиметрия. М.-Л.: ГОНТИ, 1938. - 99 с.

160. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1969. 183 с.

161. Цедерберг Н.Ф. Теплопроводность газов и жидкостей. М.-Л., 1963. 408 с.

162. Филиппов Л.П. Исследование теплопроводности жидкостей. М., 1970. -239 с.

163. Чечерников В.И. Магнитные измерения. М.: Изд. МГУ, 1969.- 387 с.

164. Майоров М.М. Экспериментальное исследование магнитной проницаемости феррожидкости в переменном магнитном поле // Магнитная гидродинамика. 1979. - № 2. - С. 21-26.

165. Диканский Ю.И., Полихрониди Н.Г., Балабанов К.А. Магнитная восприимчивость магнитной жидкости с микрокапельной структурой // Магнитная гидродинамика. 1988. - № 2. - С. 87-91.

166. Диканский Ю.И., Ларионов Ю.А., Суздалев В.И., Полихрониди Н.Г. Двойное лучепреломление в структурированной магнитной жидкости всдвиговом течении // Коллоидный журнал. 1998. - Т. 60. - №6. - С. 753-756.

167. Цеберс А.О. Трансформация концентрационных структур ферроколлоидов в наклонном к плоской щели поле // Магнитная гидродинамика. 1989. - №3. - С. 110-113.

168. Губанов А. Оптические явления, связанные с ориентацией продолговатых частиц в потоке жидкости // УФН. 1934.- Т.22. -Вып.1. - С. 32-37.

169. Кожевников В.М., Ларионов Ю.И., Морозова Т.Ф. Электрокинетические свойства тонкого слоя магнитной жидкости // Материалы 8-й Международной Плесской конференции по магнитным жидкостям. Плес, 1998. - С. 40-42.

170. Диканский Ю.И., Закинян Р.Г., Нечаева О.А. О возможной причине фазового перехода вблизи электродов в магнитной жидкости в электрическом поле // Вестник Ставропольского государственного университета. 2003. - №34. — С.

171. Рейнер М. Деформация и течение / Пер. с англ. — М.: Мир, 1963, 374 с.

172. Хаппель Дж., Бреннер Г. Гидродинамика при малых числах Рейнольдса / Пер. с англ. М.: Мир, 1976. - 630 с.

173. А.И. Ахиезер. Электрические и магнитные явления. Киев: Наукова думка, 1981.-472 с.

174. Ларионов Ю.А. Кинетика структурирования магнитного коллоида в приэлектродном слое: Дис. канд. тех. наук. Ставрополь, 2002. - 179 с.

175. Van Ewijk G.A., Vroege G.J., Kuipers W.M., Philipse A.P. Thermodynamic (in) stability of ferrofluid-polimer // JMMM. 2002. - Vol. 252. - P. 32-34.

176. Бибик E.E. Влияние взаимодействия частиц на свойства феррожидкостей // Физические свойства магнитных жидкостей. -Свердловск: УНЦ АН СССР, 1983. С. 3 - 21.

177. Диканский Ю.И., Балабанов К.А., Киселев В.В., Борисенко О.В. Магнитное упорядочение в магнитной жидкости с квазитвердыми агрегатами // Магнитная гидродинамика. 1997. - Т. 33. - № 2. - С. 243.

178. Цеберс А.О. К вопросу о причинах образования микрокапельных агрегатов в коллоидах ферромагнетиков.// Магнитная гидродинамика. -1987.-№3.-С. 143-145.

179. Иванов А.О. Фазовое расслоение ионных феррожидкостей // Коллоидный журнал. -1997 Т. 59. - № 4. - С. 482-491.

180. Zubarev A.Yu., Iskakova L.Yu. Phase transition in electro- and magnetorheological fluids // Colloid Journal. 2003. - Vol. 65 — N 2. - P. 159-165.

181. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982.-620 с.

182. Ивановский В. И., Черникова Л.А. Физика магнитных явлений. -М.:МГУ, 1981.-288 с.

183. Диканский Ю.И., Вегера Ж.Г., Суздалев В.Н., Смерек Ю.Л. О магнитных жидкостях с дисперсией немагнитных включений различной формы // Известия вузов. Сев.-Кав. регион. — 2003. № 1. — С. 37-40.

184. Шаталов А. Ф., Кожевников В. М., Попов А. А., Морозова Т. Ф. Теплообмен в МЖ различных концентраций в электрическом и магнитном полях // Материалы XXVII научн.-техн. конф. СтГТУ — Ставрополь: Изд-во СтГТУ, 1997. С. 78-79.

185. Баштовой В. Г., Павлинов М. И. Конвективная неустойчивость горизонтального слоя ферромагнитной жидкости в продольном магнитном поле // В кн.: Исследование конвективных и волновых процессов в ферромагнитных жидкостях. Минск, 1975 - С. 74-79.

186. Демчук С.А., Зальцгендлер Э.А., Кордонский В.И., Прохоров И.В., Хусид Б.М. Теплопроводность магнитореологических суспензий при сдвиговом течении // Магнитная гидродинамика.-1985.-№ 1.-С. 14-18.