Экспериментальное исследование межфазных явлений в магнитных жидкостях с микрокапельной структурой тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ , _ _ УНИВЕРСИТЕТ

3 Г 5 ОД

На правах руконп.и УДК 537.84;5 >7.(>11

ШАГРОВА ГАЛИНА ВЯЧЕСЛАВОВНА

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕЖФАЗНЫХ ЯВЛЕНИЙ В МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЯХ С МИКРОКАПЕЛЬНОЙ СТРУКТУРОЙ

01.04.14 - теплофизика и молекулярная физика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

СТАВРОПОЛЬ 19<М

Работа выполнена на кафедре общей физики Ставропольского государственного педагогического университета

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук,

доцент В.И.Дроздова

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор В. И. Лебедев кандидат физико-математических наук, доцент А.Я.Симановский

Ведущая организация: НИИ механики МГУ им. М.В.Ломоносова

Защита состоится "3/ "ОкТа^и 1994 года в -/*/ часов на заседании специализированного совета К 064.11.03 по присуждению ученой степени кандидата физико-математических наук в Ставропольском ~техническое "университете по адресу: Ставрополь, пр. Кулакова , д. 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СГТУ

Автореферат разослан 1994 г.

Ученый секретарь специализированного

совета, кандидат физико-математических

наук, доцент // Тсропцев Е.Л.

- з -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Создание магнитных жидкостей,со-читающих в себе значительную чувствительность к. магнитному полю и текучесть, привело к возникновению и развитию новых научных проблем физического, физико-химического и гидродинамического характера,а также развитию различных техничеашх применений. В последнее время все больше внимания уделяется изучению явлений, происходящих на межфазных границах магнитная жидкость - немагнитная среда и магнитная жидкость - магнитная среда. Особый интерес представляют явления на межфазной границе между микрокалельными агрегатами и окружающей их магнитной жидкостью в связи с тем, что коэффициент поверхностного натяжения на этой границе принимает очень низкие значения. Кроме того, микрокапельные агрегаты, представляющие собой капли высококонцентрированной магнитной жидкости, взвешенные в жидкости слабой концентрации, обладают необычно высою!ми для жидких сред значениями магнитной проницаемости.

Одним из наиболее информативных и надежных методов исследования силькнх магнитных свойств конденсированной фазы является изучение закономерностей деформирования аикрока-пельных агрегатов в магнитном поле, а возможность управления деформацией микрокапельных агрегатов слабым внешним магнитным полем позволяет использовать магнитные жидкости, содержащие микрокапельные агрегаты, для контроля магнитных полей рассеяния, з частности, в магнитной дефектоскопии. Поэтому в настоящее время актуальными являются исследования межфазных явлений в магнитных жидкостях с микрокапельными агрегатами, а также изучение особенностей процессов деформации и условий потери устойчивости их формы под воздействием магнитных полей. Результаты исследования в этом направлении кроме чисто научного интереса могут также иметь и практическое значение.

Цель работы - экспериментальное исследование межфазных явлений,возникающих в магнитных жидкостях с микрокапельной структурой при воздействии магнитного поля , а тькже разработка основанных на этих явлениях практических применений таких сред.

Научная новизна. Впервые проведено систематическое

исследование межфазных явлений в магнитных жидкостях с микрокапельными агрегатами, у которых поверхностное натяжение на границе с окружающей средой 6" варьировалось в широких пределах С от Ю-4 дин/см до 1СГ2 дин/см ).Обнаружено влияние поверхностного натяжения межфазной границы на пороговый характер возникновения анизотропного рассеяния света такими жидкостями в слабых магнитных полях порядка нескольких эрстед. Вычислено гидродинамическое время деформации микрокапельных агрегатов в предположении об экспоненциальном характере уменьшения интенсивности анизотропно рассеянного света после выключения магнитного поля. Впервые оценена вязкость агрегатов, исследована их деформация в переменных магнитных полях низкой частоты и изучена зависимость проявляющихся при этом гистерезисных эффектов от частоты внешнего поля и поверхностного натяжения межфазной границы. Получены новые результаты в области исследования неустойчивостей межфазной поверхности при ограничении объема жидкости, выяснена зависимость характера неустойчивостей от поверхностного на-' тяжения и частоты переменного поля. Проведено систематическое изучение гексагональной структурной решетки, возникающей в тонких слоях (-10 мкм) магнитных жидкостей с микрокалель-ными агрегатами в постоянном и переменном магнитном поле, перпендикулярном плоскости слоя. Исследовано влияние поверхностного натяжения на образование таких пространственных структур. Показано, что при толщине слоя 10 ... 12 мкм и <>10~4дин/см происходит пороговое изменение периода гексагональной структурной решетки при некотором критическом значении напряженности поля. Исследовано рассеяние света такой регулярной структурой, установлено, что скачкообразное изменение радиуса дифракционного кольца, полученного при колле-ниарном направлении лазерного луча и вектора напряженности магнитного поля, обусловлено продольными разрывши деформированных микрокапельных агрегатов.

Практическая ценность. Полученные экспериментальные результаты исследования межфазных явлений в магнитных жидкостях с микрокапельной структурой представляют самостоятельный научный интерес и могут быть использованы для развития теории магнитных жидкостей при наличии в них структурных обра-

зований. Установленные закономерности поведения микрокапельных агрегатов в постоянном и переменном магнитном поле при различных условиях позволили' разработать магниточувствитель-ную жидкость, обладающую высокой чувствительностью и разрешающей способностью, а также предложить новые способы и устройства для контроля полей рассеяния магнитных головок и сигналограмм.

На защиту выносятся:

- установленная зависимость величины поверхностного натяжения межфазной границы в разбавленных образцах магнитных жидкостей от концентрации ПАВ в составе разбавителя;

- экспериментально определенная зависимость значения напряженности порогового поля, в котором возникает анизотропное рассеяние света, от поверхностного натяжения на границе микрокапельный агрегат - окружающая жидкость;

- результаты оценки эффективной вязкости микрокапельного агрегата;

- выявленные закономерности поведения микрокапельных агрегатов в переменном магнитном поле низкой частоты и зависимость прояпляющихся при этом гистерезисных эффектов от частоты внешнего поля и поверхностного натяжения межфазной границы;

- вывод о существовании критической зависимости характера магнитных неустойчивостей межфазной границы от поверхностного натяжения и частоты в переменном поле;

- экспериментально установленные пороговые изменения структуры магнитных жидкостей за счет многократных разрывов микрокапельных агрегатов в магнитном поле, перпендикулярном плоскому слою,и-их зависимость от поверхностного натяжения межфазной границы и толщины слоя;

- разработанная магниточувствительная жидкость, позволяющая визуализировать видеосигналограммы и сигналограммы с уровнем записи -23 дБ, определять поля рассеяния магнитных головок с шириной рабочего за?ора.~ 1мкм, способ и устройства для определения напряженности магнитного поля.

Апробация работы. Материалы обсуждались и докладывались.- на Республиканском межотраслевом семинаре"Математи-':еское моделирование при проектировании магнитных головок

для аналоговой и цифровой звукозаписи'(Вильнюс,1238); на XIII' Рижском совещании по магнитной гидродинамике(Рига, 1990); на 19 Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений(Ташкент,1991);на 1У Всесоюзном совещании по физике магнитных жидкостей(Душанбе,1988);на ХУШ Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений(Калинин,1988);на 6 Всесоюзной конференции по магнитным жидкостям(Плес,1991);на 5 и 6 Международных конференциях по магнитным жидкостям (Рига, 1989 и Париж, 1992). По теме диссертации опубликовано 16 работ, список которых приведен в конце реферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитированной литературы. Диссертация изложена на 166 страницах , содержит 58 рисунков и 89 наименований цитированной литературы.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, изложены цель и задачи исследования, приводится краткая характеристика полученных результатов и основные положения, выносимые автором на защиту.

В первой главе приведен обзор теоретических и экспериментальных работ,посвященных исследованию межфазных явлений и структуры магнитных жидкостей,проанализированы различные виды магнитных неустойчивостей,применение магнитных жидкостей для визуализации магнитной записи. Указано, что недостаточно изучены магнитные жидкости, содержащие микрокапельные агрегаты, в частности, влияние поверхностного натяжения как на форму отдельных микрокапельных агрегатов в магнитном поле, так и на физические свойства их ансамблей в целом. Глава закончена постановкой конкретных задач, решаемых в диссертации.

Во второй главе описаны методика и объект исследования - магнитные жидкости с микрокапельными агрегатами .формирование которых осуществлялось путем разбавления концентрированных магнитных жидкостей на основе магнетита в керосине растворами олеиновой кислоты различных концентраций в несущей среде. Приводятся характеристики исследованных образцов, полученные магнитооптическими методами. Поверхностное натяжение на межфазной границе агрегата с окружающей жидкостью

- 7 -определялось по теоретической зависимости (1), полученной в предположении, что микрокальпельный агрегат имеет форму слабо вытянутого эллипсоида вращения, в пределе слабых полей, когда жидкость намагничивается по линейному закону.

где гхд - магнитная проницаемость разбавленной фазы, N --(ШЙ&гМ+Р) размагничивающий фактор эллипсоида,

е ~(1-[?/аг)1/г ~ ег0 экцентриситет, ^ - магнитная проницаемость микрокапельного агрегата.

Для уменьшения ошибки измерения, получаемой при определении линейных размеров агрегата, измерялся не радиус агрегата, а диаметр,причем выбирались агрегаты диаметром > 20мкм. Измерения проводились з проходящем свете с помощью окулярной шкапы микроскопа, при 1000-кратном увеличении. Цена деления окулярной шкалы определялась с помощью объект-микрометра. Для получения зависимости удлинения микрокапельных агрегатов от поля на предметный столик микроскопа помещались катушки Гельмгольца, в центре которых находился исследуемый образец.

Для определения магнитной проницаемости микрокапельного агрегата использовалось наличие гистерезиса деформаций капли

в поле. /3.2е2 (ИДйГЩМХ

Из соотношения (2) вытекает, что зависимость эксцентриситета микрокапельного агрегата от напряженности магнитного поля при достаточно высоких значениях^ 20) неоднозначна. Это приводит к скачкообразному удлинению микрокапельного агрегата при достижении критической напряженности поля Нь Возврат в слабодеформированное состояние при уменьшении поля происходит при некоторой меньшей напряженности поля На. Следует отметить слабую зависимость поля Н1 от(рис. 1а). Значения Н1 и н! - напряженностей магнитных полей,при которых микрокапельный агрегат переходит в метастабильное состо-

яние и отношения полуосей в метастабильных состояниях определялись экспериментально. По отношению Hi/Hi . согласно зависимости, представленной на рис 16, определялась магнитная проницаемость микрокапельного агрегата. Согласно проведенным из мерениям магнитная проницаемость микрокапельного агрегата получилась =50. Магнитная проницаемость разбавленной фазы/Измерялась мостовым методом с погрешностью не превышающей 0.5Х,

Поверхностное натяжение вычислялось при^е- 1 и^- 50, и погрешность определения (э для агрегатов радиусом 20 мкм для жидкостей с6\105дин/см не превышала 12%, а для жидкостей с 6 £10 дик /см - 20% (доверительная вероятность 0,95). На рис.2 представлены результаты расчета по формуле (1) для образцов магнитных жидкостей с различными значениями концентрации олеиновой кислоты в составе разбавителя С и одинаковым содержанием магнетита«Р- 0,013. При увеличенииСот 2 до 257. б возрастает примерно на порядок.

Деформация микрокапельных агрегатов в магнитном поле сопровождалась появлением анизотропного рассеяния света. Экспериментальная установка для регистрации анизотропного рассеяния света была собрана на базе оптической скамьи ОСК - 3. В качестве источника света использовался гелий - неоновый лазер ЛГ -78. В центре катушек Гельмгольца радиусом 12 см перпендикулярно лучу света размешались исследуемые образцы, представляющие собой плоские слои толщиной 0,1 мм. Графики зависимости интенсивности рассеянного света от поля получены с помощью двухкоординатного самописца Н 306; на вход канала X подавалось напряжение , пропорциональное величине поля, а на вход У - сигнал с фотодиода, расположенного под углом 10° к лучу света в плоскости, проходящей через этот луч и перпендикулярной магнитному полю. Появление анизотропного рассеяния света для всех образцов магнитных жидкостей с микрокапельными агрегатами носит пороговый характер, обусловленный их пороговой деформацией в поле HI. Значения HI увеличиваются с увеличением поверхностного натяжения (рис.3).

Для оценки вязкости микрокапельных агрегатов использовалось соотношение T0~{>R0y/б .Гидродинамическое время деформации микрокапельных агрегатов Т0 вычислялось по формуле 3- , записанной в предположении об экспоненциальном

Н Ф

А

2

ШЛ)

1,5 ■

О 20 30 40 50 20 30 40 50

Рис.1. Зависимости критических значений Е П0 / С (а) скачкообразного удлинения (1) и сокращения (2) микрокапельного агрегата (-) и отношения его полуосей в момент потери устойчивости (----) й квадрата отношения критических напряжен-

ностей поля потери устойчивости (б) от^.

цы от концентрации олеиновой кислоты в составе разбавителя, д> - 0,013.

Рис.3. Зависимость относительной интенсивности рассеянного света от напряженности поля; Ч7 - 0,013. С,% 1 - 2: 2 - 5; 3 -7,5; 4 - 10; 5 - 12,5; 6-15!

уменьшении интенсивности рассеянного света после выключения внешнего поля (рис.4). Результаты представлены в таблице .

N

п/п

С

(X)

б

(Ю-4 дин/см)

4

(о) (113)

1 2 3

2 . 5

12.5

1.2 2 2,2

2

3,7 7,5

1.8 3.0 3,2 5,9 2,0 6,8

Исследованы вынужденные колебания микрокапельных агрегатов е переменном магнитном поле частотой от 0,01 до 400 Гц и дано сопоставление их формы с характеристиками анизотропного рассеяния света. Показано, что при вынужденных колебаниях микрокапельных агрегатов в переменном магнитном поле частотой от 0,01 до 0,1 Гц анизотропное рассеяние света носит гистереаисный характер (рис.5), а при увеличении частоты гистерезисный характер рассеяния исчезает. Выявлено уменьшение гистерезисных аффектов в магнитном поле низкой частоты с ростом коэффициента поверхностного натяжения на меяфазной границе,

Третья глава посвящена исследованию магнитных неустой-чичостей межфазной поверхности при ограничении объема магнитной жидкости .

Экспериментальная установка для исследования магнитных чеустойчивостей микрокапельных агрегатов была собрана на базе микроскопа МИМ - 8м, на предметном столике которого были установлены катушки Гельмгодьца радиусом 3,5 мм. Питание катушек осуществлялось от стабилизированного источника тока Б5 - 44, Растяжение микрокапельных агрегатов ограничивалось путем помещения их в цилиндрические стеклянные капилляры. Для устранения искажений при измерениях размеров микрокапельных Агрегатов капилляры помещались в иммерсионное масло и располагались между двумя параллельными стеклами в центре катушек Гельмгодьца. Внутренний диаметр капилляров составлял 18...66 мкм, Для измерений^использовался иммерсионный объектив, свободное расстояние которого превышало толщину покровного

П'Ю5

Рис. 4. Зависимость относительной интенсивности рассеянного света при включении поля 53, в момент времени г-0 к при выключении поля в момент времени t -4с. Кривая 1. - образец1, 22, 3 - 3 . Характеристики образцов представлены в таблице. Рис.5. Зависимость относительной интенсивности рассеянного света от напряженности переменного поля при 4 -0,1 (1); 0,05 (2); 0,025 (3); 0,01Гц(4).

Рис. 6

Рис.7

Рис. 8

стекла и стенки капилляра. Магнитное поле было направлено перпендикулярно оси капилляра.Так как возможность растяжения микрокалельного агрегата ограничена, то в полях Н > Н1 торцы агрегата начинают смачивать стенки капилляра, и при достижении следующего критического значения напряженности поля Нг осесимметричная форма микрокапельного агрегата становится неустойчивой , наступает начальная стадия расщепления его торцов (рис.6).

Для интерпретации ыагнитостатической неустойчивости осесимметричной формы микрокапельных агрегатов в поле, перпендикулярном, оси капилляра, использовано представление об эллиптической неустойчивости, разработанное в работе А.О. Деберса.

Для критического значения магнитного числа Бонда неустойчивости микрокапельного агрегата, обусловленной понижением энергии размагничивающих полей его торцов, использовалось соотношение

- ± ц-амк .ЩГ-ЙЕУ

Ж 9 р +| V Яэ)

где (Ос/А)2/+ ' к ' диаметр капилляра;

с!с - диаметр торца микрокапельного агрегата , форма которого предполагается цилиндрической ; £ полные эллиптические интегралы первого и второго рода. При малых значениях отношения с1с I Я соотношение (3) упрощается и дает простую формулу

Вт„= ^-тЩ : ««

Отношение с1р|(\. из условия несжимаемости микрокапельного агрегата может быть выражено через а*о диаметр с/ в виде

Критические значения магнитного числа Бонда, соответствующие потере устойчивости осесимметричной формы микрокапельных агрегатов в поле доказаны на рис. 7 черными кружками. Намагниченность микрокалельного агрегата при критическом значении напряженности поля при этом определялась согласно соотношению |А = Н/[4-{)+//] '

где размагничивающий фактор оценивался 1:0 формуле

вытекающей из соотношения для размагничивающего фактора эллипсоида при большом отношении его полуосей. Сплошной линией на рис.7 показана теоретическая зависимость, рассчитанная по формуле (4). Из рисунка видно, что начальная стадия расщепления торцов микрокапельных агрегатов удовлетворительно описывается теоретической зависимостью, полученной для эллиптической неустойчивости капель магнитной жидкости. Особенно хорошее соответствие имеет место для случая сильно вытянутых микрокапельных агрегатов.Имеющееся для слабо вытянутых микрокапельных агрегатов расхождение может быть связано с неточной оценкой в этом случае размагничивающего фактора при определении намагниченности. Об этом, в частности, свидетельствует то обстоятельство, что экспериментальные данные, представленные без учета размагничивающего фактора (на рис. 7 показаны треугольниками), близки к рассчитанным согласно теоретической зависимости (4). Значения магнитного числа Бонда , соответствующие разрывам микрокапельных агрегатов, представлены на рис. 7 светлыми кружками. Экспериментальные точки на рис. 7 соответствуют микрокапельным агрегатам, поверхностное натяжение которых изменялось в пределах от ( 3...7) * 10"4 дин/см.

Таким образом, приведенные на рис. 7 данные показывают, что определяющее значение в потере устойчивости осесиммет-ричной формы капли имеют магнитные силы, обусловленные размагничивающим полем торцов.

Варьирование поверхностного натяжения позволило выявить важную особенность поведения микрокапельных агрегатов , заключающуюся в отсутствии расщепления их торцов , если коэффициент поверхностного натяжения больше некоторого критического значения ( За Ю-3, дин/см ). В этом случае при наложении поля происходит растяжение микрокапельного агрегата вдоль оси капилляра в виде тонкой пленки, как зто видно из приведенной на рис.8 фотографии.Наблюдаемая при значениях напряженности поля свыше 20 Э вариация контраста торцов пленок обусловлена развитием их изгибных деформаций (гофрированием).

- 14 -

Таким образом, было установлено, что на характер появления различного вида неустойчивостей микрокапельных агрегатов в магнитном поле при ограничении объема существенное влияние оказывает поверхностное натяжение. Обнаружено предельное значение поверхностного натяжения, выше которого торцы микрокалельннх агрегатов не расщепляются, а происходит их растяжение вдоль оси капилляра в виде тонкой пленки .

Исследования магнитных неустойчивостей микрокапельных агрегатов, находящихся в тонком капилляре в переменном магнитном поле, направленном перпендикулярно оси капилляра при изменении частоты внешнего поля от 0,1 до 10 кГц показали, что характер неустойчивостей существенным образом зависит от частоты. Если коэффициент поверхностного натяжения меньше критического, то при^<100 Гц поведение микрокапельных агрегатов сохраняется таким же,, как в постоянном поле, т.е. при увеличении напряженности внешнего поля происходит вытяжение микрокапельного агрегата вдоль поля, расщепление его торцов и разрывы. При О,К^ < 1 кГц, к рассмотренным видам неустойчивостей добавляются вращение расщепленных торцов микрока-' пельного агрегата вокруг оси, совпадающей с направлением внешнего поля, и гофрирование,причем все перечисленные виды неустойчивостей имеют место одновременно, т.е. при увеличении напряженности магнитного.поля агрегаты вытягиваются,затем, когда они начинают смачивать стенки сосуда, их торцы расщепляются, а при дальнейшем увеличении напряженности поля происходит вытяяение микрокапельного агрегата с расщепленными торцами вдоль оси капилляра в гофрированную пленку. Растяжение в пленку происходит до тех пор.пока не • произойдет раз-

ч

рыв.

При $ > 1КГц поведение микрокапельных агрегатов качественно совпадает с тем, которое имело место в постоянном поле при значениях коэффициента поверхностного натяжения выше критического, т.е. действие поля приводит к формированию тонких гофрированных пленок.

Проведенные исследования гексагональной структурной решетки, возникающей в тонких слоях магнитных жидкостях с микрокапельными агрегатами в постоянном и переменном магнитном поле перпендикулярном плоскости слоя , показали, что при

толщине слоя 10...12 мкм и ¿~10^дин/см происходит пороговое изменение периода решетки при некотором критическом значении напряженности внешнего поля. Такие изменения обусловлены многократными разрывами микрокапельных агрегатов.

Для изучения рассеяния света такой регулярной структурой в качестве источника света использовался Не-№ лазер, луч которого был направлен вдоль внешнего магнитного поля перпендикулярно плоскости слоя. Угол рассеяния был вычислен как агс+дС^/Ь), где Ч - радиус первого дифракционного кольца, I - расстояние от образца до экрана. С ростом частоты угол рассеяния уменьшается.

Зависимости угла рассеяния от напряженности внешнего постоянного магнитного поля для плоских образцов толщиной 10 (кривая 1) и 20 мкм (2) представлены на рис. 9, Для образцов толщиной ,10 мкм характерно пороговой изменение угла максимального рассеянния света. Пороговое поле , в котором происходят разрывы микрокапельных агрегатов, совпадает с полем, в котором скачком увеличивается радиус дифракционного кольца.

¿.град

Рис. 9.

Зависимость угла рассеяния от напряженности внешнего постоянного магнитного поля для плоских образцов толщиной 10(кривая 1) и 20 мкм(2).

О 30 60

В четвертой главе представлены результаты, полученные при использовании магнитных жидкостей о микрокалелькнми агрегатами для контроля полей рассеяния магнитных гсловок и сигналограмм. Показано, что разрешающая способность разработанной магничувствительной жидкости является достаточно

15

10 5

1 у»"-

У"

У

гх

о—

н,э

высокой для визуализации магнитной записи плотностью до 103 пп/мм . Кроме того, так как микрокапельные агрегаты в слабом магнитном поле сильно вытягиваются,это приводит к повышению их магнитной восприимчивости и позволяет визуализировать запись уровнем -23 дБ.

Описан разработанный способ определения полей рассеяния магнитных головок путем регистрации изменений визуализированной магнитной записи, которая представляет собой периодическую систему намагниченных ячеек размером - 50мкм.

Для определения напряженности магнитных полей разработаны устройства. Принцип работы первого основан на сравнении деформации микрокапельного агрегата в измеряемом и в известном магнитном поле. Второго - на сравнении напряженности определяемого магнитного поля с пороговыми полями, в которых возникают неустойчивости микрокапельных агрегатов по отношению: к сильному удлинению в поле Н1 ; к расщеплению торцов в поле Иг и к разрывам в поле Нз .

Описан разработанный способ определения полей рассеяния с помощью дифракции света на гексагональной микрокапельной структуре, полученной под действием магнитного поля в тонкой плоской щели. Способ позволяет производить отбраковку магнитных голсвок путем сравнения полей рассеяния исследуемых головок с эталонной.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Показано,что при разбавлении агрегативно устойчивых концентрированных магнитных жидкостей в зависимости от содержания ПАВ (олешювой кислоты) в разбавителе могут быть получены магнитные жидкости, содержащие микрокалельные агрегаты с различными значениями поверхностного натяжения межфазной границы. Коэффициент поверхностного натяжения на границе микрокапельный агрегат - окружающая жидкость при увеличении концентрации олеиновой кислоты в составе разбавителя от 2 до 25% возрастает примерно на порядок.

¡¿.Установлено, что для магнитных жидкостей, содэржащих микрокапельные агрегаты, характерно пороговое появление анизотропного светорассеяния в слабых полях, порядка нескольких

эрстед, причем напряженность поля, в котором микрокапельные агрегаты принимают форму иголок, зависит от поверхностного натяжения на межфазной границе и совпадает с пороговым полем, в котором возникает анизотропное светорассеяние.

3.Вычислено гидродинамическое время деформации микрокапельных агрегатов в предположении об экспоненциальном уменьшении интенсивности рассеянного света после выключения внешнего поля и сделана оценка вязкости микрокапельных агрегатов по скорости уменьшения интенсивности рассеянного света.

4. Показано, что при вынужденных колебаниях микрокапельных агрегатов в переменном магнитном поле частотой от 0,01 до 0,1 Гц анизотропное рассеяние света носит гистерезисный характер, а при увеличении частоты гистерезисный характер рассеяния исчезает. Выявлена зависимость гистерезиса деформации микрокапельных агрегатов в магнитном поле низкой частоты от коэффициента поверхностного натяжения на межфазной границе.

5.Установлено, что в постоянном магнитном поле определяющее значение в потере устойчивости осесимметричной формы капли имеют магнитные силы, обусловленные размагничивающим полем торцов, а на характер появления различного вида неустойчи-востей микрокапельных агрегатов при ограничении объема существенное влияние оказывает поверхностное натяжение. Обнаружено предельное значение поверхностного натяжения, выше которого торцы микрокапельных агрегатов не расщепляются, а происходит растяжение агрегатов вдоль оси капилляра в виде тонкой пленки . Физические характеристики микрокапельных агрегатов^ и6 .определенные по степени их деформации позволяют получить хорошее количественное описание начальной стадии расщепления торцов микрокапельных агрегатов, заключенных в тонкий капилляр.

6.Было установлено,что поведение микрокапельных агрегатов в тонких капиллярах при наложении переменного магнитного поля перпендикулярно оси капилляров характеризуется одновременным возникновением таких неустойчивостей как расщепление и изгибание торцов, в то время как в постоянном поле эти неустойчивости могут возникать при различных значениях коэффициента поверхностного натяжения. Показано, что при^ >1кГц поведение

микрокапельных агрегатов качественно совпадает с тем, которое имело место в постоянном поле при значениях коэффициента поверхностного натяжения выше критического, т.е. наложение поля приводит к формированию тонких гофрированных пленок. 7.Экспериментально определены параметры магнитных жидкостей, при которых тонкие плоские оптически прозрачные образцы обладают высокой чувствительностью по отношению к магнитному полю. При К- 10...12 мкм, ¿~10~4дин/см многократные разрывы ' при наложении постоянного и переменного магнитного поля, перпендикулярного плоской щели, приводят к пороговым изменениям периода структуры и к пороговым изменениям дифракционной картины.

8.Разработана магниточувствительная жидкость с микрокапельными агрегатами, позволяющая осуществлять визуализацию и определение параметров магнитной записи. Разрешающая способность магниточувствительной жидкости является достаточно высокой для визуализации магнитной записи плотностью до 103 пп/мм.

9. Разработан способ определения полей рассеяния магнитных головок путем регистрации изменений визуализированной магнитной записи, которая представляет собой периодическую систему намагниченных ячеек размером ~ БОмкм. Предлагаемый способ позволяет осуществлять определение полей рассеяния на расстояниях ~ 1 мм от рабочего зазора магнитных головок.

10. Для определения напряженности Магнитных полей разработано устройство, принцип работы которого основан на сравнении деформации микрокапельного агрегата в измеряемом и в известном магнитном поле. Низкое значение коэффициента поверхностного натяжения на границе микрокапельный агрегат - окружающая его жидкость и высокая магнитная проницаемость микрокапельных агрегатов позволяют получить значение пороговой напряженности магнитного поля, в котором микрокапельный агрегат сильно удлиняется, порядка 1 - 2 Э, что и обусловливает высокую чувствительность устройства .

11. Для определения напряженности магнитных полей разработано устройство, содержащее тонкий прозрачный капилляр, заполненный магнитной жидкостью с микрокапельными агрегатами. Принцип работы устройства основан на том, что напряженность магнитного поля определяют путем сравнения с пороговыми по-

лями возникновения неустойчивсстей микрокапельних агрегатов по отношению: к сильному удлинению в поле Hi ; к расщеплению торцов в поле Иг и к разрывам в поле Нз . Так как минимальное значение порогового поля составляет 2 Э, то с помощью этого устройства определяются поля рассеяния магнитных головок величиной >2 3.

12. Разработан способ определения полей рассеяния с помощью дифракции света на гексагональной микрокапельной структуре, полученной под действием магнитного поля в тонкой плоской щели. Способ позволяет производить отбраковку магнитных головок путем сравнения полей рассеяния исследуемых головок с эталонной.

Материалы диссертации опубликованы в следующие печатных работах:

1. Дроздова В.И., Скибин Ю.Н., Шатрова Г.В. Исследование структуры разбавленных магнитных жидкостей по анизотропному рассеянию света // Магнитная гидродинамика. 1987.- N 2.-с.63...66

2. Drozdova V. I., ShagrovaG.V. Dynamics of optical scattering on ferrofluid agglomerate magnetic drops // J.Magnetism Magn. Materials.- 1990. - Vol,85. - P.93...96.

3. Дроздова В.И., Шатрова Г. В. Об изменении анизотропного рассеяния света при колебаниях микрокапельных агрегатов в магнитной жидкости // Магнит, гидродинамика. - 1989. - N1.-С.126...128

4.Дроздова В.И., Скибин Ю.Н..Шатрова Г.В. О температурных и динамических характеристиках рассеяния света микрокапельными агрегатами// Сб.тезисов всесоюзного совещания "ХП Рикаюе совещание по магнитной гидродинамике". Рига, 1987.- с. 43.. .46

5. Дроздова В.И., ЦеберсА.О., Шатрова Г. В. Магнитные неустойчивости микрокапель в тонких капиллярах//Магнитная гидродинамика. -1990.- N 3. - С.55...62.

6. Дроздова В.И., Шатрова Г.В. О продольных разрывах микрокапельных агрегатов при ограничении объема магиитной жидкости //Сб."IY Всесоюзное совещание по физике магнитных жидкостей" .Тезисы докладов.Душанбе, 1988.- с.31... 32

7. Дроздова В.И., Шатрова Г.В. Разрывы микрокапельных агрегатов во внешнем магнитном поле //Сб.тезисоь "XYIil Всесоюз-

ная конференция по физике магнитных явлений".Калинин, 1988.-с.8^8...859

8.Шатрова Г.В." Неустойчивости микрокалельных агрегатов в переменном магнитном поле // Сб.тезисов 6 Всесоюзной конференции по магнитным жидкостям.М. - 1991. - Т2.- С .159...160

9.Drozdova v.I., Shagrova G.V. Magnetic instabilities of agglomerate magnetic microdropsin ac magnetic field//Sixth International Conference on Magnetic Fluids-.Paris. - 1992.-p.462...463

Ю.Дроздова В.И., Шатрова Г.В. Многократные разрывы магнито-жидкостных микрокапель в переменном магнитном поле,перпендикулярном плоской щели//Сб.тезисов 19 Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений.Ташкент, 1991,ч.2,с.161...162

11.Дроздова В.И. .Шатрова Г.В. Пршенение микрокалельных агрегатов для контроля магнитных головок и сигналогрямм //Сб.тезисов XIII Рижское совещание по магнитной гидродинамике.-Рига.- 1990.-Т.3.-р.63.. .64

12.Шатрова Г.В., Якштас A.A. Исследование цифровых сигналог-рамм с помощью оптической дифракции//Сб.материалов Республиканского межотраслевого семинара "Математическое моделирование при проектировании магнитных головок для аналоговой и цифровой звукозаписи".Вильнюс,1988.- с.48...49

13.Дроздова В.И..Скибин Ю.Н..Шатрова Г.В., Якштас A.A. Способ определения полей рассеяния магнитных головок.// Авторское свидетельство СССР N 1465843 AI, 1989. Опубл. в бюллетене N 10

14.Дроздова В.И..Шатрова Г.В.Устройство для определения напряженности магнитного поля // Авторское свидетельство.Положительное решение N 4917903/21(000076) , дата приоритета 2.01.91г.

15.Дроздова В.И.,Шатрова Г.В.Устройство для определения напряженности магнитного поля // Патент N 2D05310 С1. Опубл. в Б. И.. 1993. N 47...48.

16.Дроздова В.И..Шатрова Г.В. Применение магнитных жид-костейс микрокапельными агрегатами для контроля полей рассеяния микроскопических объектов// Сб.трудов ССХИ. -1993. - С.38...49.