Механизмы акустомагнитного эффекта в нанодисперсной магнитной жидкости

Стороженко, Анастасия Михайловна

Механизмы акустомагнитного эффекта в нанодисперсной магнитной жидкости тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Стороженко, Анастасия Михайловна АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Курск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2011 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.07 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Механизмы акустомагнитного эффекта в нанодисперсной магнитной жидкости»

Автореферат диссертации на тему "Механизмы акустомагнитного эффекта в нанодисперсной магнитной жидкости"

Стороженко Анастасия Михайловна

МЕХАНИЗМЫ АКУСТОМАГНИТНОГО ЭФФЕКТА В НАНОДИСПЕРСНОЙ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ

01.04.07 - Физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

_ 6 ОКТ 2011

КУРСК 2011

4856779

Работа выполнена на кафедре физики Юго-Западного государственного университета

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор,

заведующий кафедрой физики ЮЗГУ Полунин Вячеслав Михайлович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор,

заведующий кафедрой информатики и прикладной математики ЮЗГУ Буторин Вячеслав Михайлович доктор физико-математических наук, профессор, доцент кафедры общей физики МГУ Шипилин Анатолий Михайлович

Ведущая организация: Ставропольский государственный университет,

кафедра общей физики

Защита состоится 27 октября 2011 г. в 14 часов в конференц-зале на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.105.04 при Юго-Западном государственном университете по адресу: 305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, 94.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЮЗГУ.

Автореферат разослан ^ сентября 2011г.

Учёный секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.105.04, кандидат физико-математических наук {П/ ^(Рв* ^ '"^Рослякова Л.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Магнитные жидкости (МЖ) представляют собой коллоидный раствор наноразмерных частиц магнетика, стабилизированный поверхностно-активным веществом, в жидкости-носителе. Распространение звуковых колебаний в намагниченной МЖ сопровождается излучением электромагнитных волн. Это явление принято называть акустомагнитным эффектом (АМЭ) в магнитной жидкости. На основе АМЭ функционируют магни-тожидкостные интерферометры различной конструкции, использование которых положено в основу уникальной методики акустической спектроскопии системы «жидкость - цилиндрическая оболочка». Анализ зависимости относительной амплитуды индуцируемой ЭДС от напряженности магнитного поля является перспективным методом исследования геометрических и магнитных параметров магнитных наночастиц и используется наряду с другими методами исследования нанодисперсных сред.

Вместе с тем остается недостаточно изученной физическая природа АМЭ, механизмы взаимодействия физических полей, присущих данному эффекту, что затрудняет интерпретацию получаемых на основе АМЭ результатов, ограничивая возможности применения этого уникального эффекта в науке и технике.

При анализе результатов измерений амплитуды ЭДС, индуцируемой в проводящем кошуре за счет АМЭ, используются данные по скорости распространения звуковых колебаний в МЖ, заполняющей сосуд цилиндрической формы. Указанные измерения, как правило, проводятся с использованием неоднородных магнитных полей. В связи с этим представляется целесообразным проведение экспериментального исследования зависимости упругих свойств МЖ от степени неоднородности магнитного поля.

Актуальность диссертационного исследования связана также с тем, что результаты изучения механизмов АМЭ с привлечением данных магнитогрануло-метрического анализа позволяют получить новые сведения о параметрах магнитных наночастиц, составляющих наиболее мелкую фракцию дисперсной фазы магнитного коллоида.

Целью диссертационной работы является исследование физических механизмов акустомагнитного эффекта в нанодисперсной магнитной жидкости:

особенностей взаимодействия в нем упругого, теплового, магнитного и динамического размагничивающего полей во взаимосвязи с физическими параметрами наночастиц.

Задачи исследования:

- Разработать и внести принципиальные изменения в предназначенную для исследования АМЭ экспериментальную установку: модернизировать устройства ввода в МЖ звуковых колебаний и индикации возмущения ее намагниченности звуковой волной.

- Разработать методику и экспериментальную установку для измерения скорости звука в системе «МЖ - цилиндрическая оболочка» с использованием неоднородного магнитного поля.

- Изучить геометрию неоднородного магнитного поля используемого постоянного магнита.

- Произвести измерения скорости распространения звука в неоднородно намагниченной МЖ и проанализировать полученные результаты.

- Определить «максимальный» и «минимальный» размеры и магнитные моменты магнитных наночастиц дисперсной фазы двух образцов МЖ различной концентрации методами магнитогранулометрии (МГМ) и акустогранулометрии (ATM) в диапазоне частот 18-65 кГц.

- Составить и проанализировать аналитические зависимости, раскрывающие механизмы АМЭ, оценить вклад тепловых колебаний частиц и динамического размагничивающего поля в концентрационную модель АМЭ.

- Получить экспериментальные данные по суммарному вкладу в АМЭ намагничивающего поля, тепловых колебаний частиц и динамического размагничивающего поля, проанализировать их путем построения «разностной» кривой и сравнения ее с теоретическими зависимостями для случая монодисперсных МЖ.

- Предложить методику оценки магнитных и геометрических параметров мелких ферромагнитных частиц дисперсной фазы коллоида на основе совокупности результатов магнитогранулометрических и акустогранулометрических измерений.

Объектом исследования является нанодисперсная магнетитовая МЖ на

основе керосина. Предмет исследования - процесс взаимодействия физических полей в акустомагнитном эффекте.

Научные результаты, выносимые на защиту:

1. Разработаны и внесены принципиальные изменения в предназначенную для исследования АМЭ экспериментальную установку, состоящие в модернизации устройств ввода в МЖ звуковых колебаний и индикации возмущения ее намагниченности звуковой волной.

2. Разработаны методика и экспериментальная установка для измерения скорости звука в системе «МЖ-цилиндрическая оболочка», использующие неоднородное магнитное поле; получены экспериментальные данные и сделаны выводы.

3. Получены экспериментальные данные по полевой зависимости относительной амплитуды ЭДС, индуцируемой в проводящем контуре в результате АМЭ в двух образцах МЖ различной концентрации.

4. Проанализированы теоретические и экспериментальные зависимости, раскрывающие механизмы взаимодействия упругого, магнитного, теплового и динамического размагничивающего полей в АМЭ на магнитном коллоиде.

5. Предложена методика оценки магнитных и геометрических параметров мелких магнитных наночастиц дисперсной фазы МЖ на основе совокупности результатов магнитогранулометрических и акустогранулометрических измерений.

Научная новизна результатов исследования:

1. Принципиальные изменения устройств ввода в МЖ звуковых колебаний и индикации возмущения ее намагниченности звуковой волной, обеспечивающие монохроматичность волнового поля, помехозащищенность и минимизацию объема исследуемого коллоида.

2. Методика и экспериментальная установка для измерения скорости звука в системе «МЖ - цилиндрическая оболочка», использующие неоднородное магнитное поле.

3. Экспериментальные данные по полевой зависимости относительной амплитуды ЭДС, индуцируемой в проводящем контуре в результате АМЭ, проанализированные на основе модельной теории монодисперсной МЖ.

4. Существующая модель концентрационного механизма АМЭ дополнена количественными оценками вклада в него механизмов тепловых колебаний нано-

частиц, колебаний концентрации магнитных частиц в жидкости-носителе, динамического размагничивающего поля.

5. Предложена новая методика оценки магнитных и геометрических параметров частиц, составляющих мелкую дисперсную фракцию МЖ, на основе совокупности результатов МГМ и АГМ.

Практическая и теоретическая значимого Детализация меха-

низмов взаимодействия в МЖ звукового, магнитного и теплового поля позволяет раскрыть сущность концентрационной модели АМЭ, являющейся теоретической основой АГМ магнитных наночастиц. В свою очередь получение "разностной" кривой, предсказываемой модельной теорией, служит дополнительным подтверждением ее физической обоснованности.

Предложенная методика оценки магнитных и геометрических параметров частиц, составляющих мелкую дисперсную фракцию МЖ, на основе комплексного использования результатов МГМ и АГМ может быть полезна при исследовании квантовых ограничений размеров магнитных доменов.

Результаты диссертационного исследования могут использоваться в учебном процессе, что положительным образом сказывается на качестве подготовки специалистов технических специальностей, стимулирует интерес студентов к научно-исследовательской работе.

Достоверность экспериментальных исследований подтверждается использованием поверенной измерительной техники и аналого-цифрового преобразователя, обеспечивающего компьютерную обработку результатов эксперимента; оценкой погрешности измерений; совпадением данных нескольких независимых экспериментов, проведенных на одних и тех же образцах; согласованием данных, полученных методами МГМ и АГМ.

теоретическими зависимостями, показавшее физическую обоснованность модельной теории АМЭ; рассчитаны значения магнитных и геометрических параметров мелких ферромагнитных частиц МЖ на основе предложенной методики, использующей совокупность результатов МГМ и АГМ.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. В соответствии с областью исследования специальности 01.04.07 «Физика конденсированного состояния» диссертация включает в себя теоретическое и экспериментальное исследование нанодисперсной магнитной жидкости и механизмов АМЭ во взаимосвязи с физическими свойствами ее наночастиц. Полученные научные результаты соответствуют пунктам 2 и 6 паспорта специальности.

Апробация результатов исследования. Результаты исследования апробированы на 14-й Международной Плесской научной конференции по нано-дисперсным магнитным жидкостям (Плес, 2010), 53-й научной конференции МФТИ «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук» (Москва, 2010); IX научно-технической конференции «Вибрация 2010» (Курск,

2010); XI Всероссийской молодежной школе-семинаре по проблемам физики конденсированного состояния вещества (Екатеринбург, 2010); II международной научной конференции «Актуальные проблемы молекулярной акустики и теплофизики» (Курск, 2010); XVII Зимней школе по механике сплошных сред, (Пермь, 2011); Euromech Colloquium 526 "Patterns in Soft Magnetic Matter" (Dresden, 2011); III Всероссийской научной конференции «Физико-химические и прикладные проблемы магнитных дисперсных наносистем» (Ставрополь,

2011); XXII Сессии Российского акустического общества (Саратов, 2011); Moscow International Simposium on Magnetism (Москва, 2011).

Разработанная экспериментальная установка применяется в учебном процессе в качестве ультразвукового интерферометра. Описание установки представлялось на Международной школе-семинаре «Физика в системе высшего и среднего образования России» (Москва, 2011).

Материалы диссертации использованы в научных отчетах по ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (гранты НК-410П - ГК № 2311, 20П-1.3.2-121-003 - ГК № 14.740.11.1160).

Публикации. Основные результаты, представленные в диссертации, опуб-

ликованы в 17 работах, из них 5 - в рекомендованных ВАК научных журналах.

Структура диссертации. Работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников; изложена на 121 странице, содержит 44 рисунка, 7 таблиц и 120 наименований использованных источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель, задачи и основные положения, раскрыта научная новизна и практическая значимость работы.

Р главе 1 представлен краткий обзор ранее опубликованных работ. Рассмотрены магнитные и акустические свойства МЖ и методы их исследования, дано описание концентрационной модели АМЭ. На основании представленного литературного обзора обоснованы цель и задачи исследования.

В главе 2 описаны методика и комплексная экспериментальная установка для исследования взаимодействия физических полей в нанодисперсной МЖ на основе АМЭ.

Блок-схема ключевого узла комплексной установки, предназначенного для определения полевой зависимости относительной амплитуды ЭДС, индуцируемой за счет АМЭ, показана на рис. 1. Сигнал с генератора звуковых колебаний 1 поступает параллельно на частотомер 2, вольтметр 3 и пьезопластинку 4, вмонтированную в акустическую ячейку 5. Проходя через столбик МЖ 6, звуковой сигнал образует стоячую волну. Переменная ЭДС с катушки индуктивности 7, вплотную прилегающей к трубке с МЖ, поступает на селективный усилитель 8, а затем параллельно на осциллограф 9 и аналого-цифровой преобразователь 10, соединенный с компьютером 11. Катушка индуктивности 7 жестко закреплена на кинематическом узле катетометра 12. Магнитное поле создается электромагнитом 13, подключенным к источнику питания 14. Значение магнитной индукции измеряется тесламетром 15, снабженным датчиком Холла. Прием и начальная обработка сигнала осуществляются в среде N1 Lab View.

Важной особенностью методики эксперимента является введение звуковых колебаний в МЖ снизу, через тонкое плоскопараллельное дно акустической ячейки. Звуковой сигнал возбуждается размещенной снизу пьезопластин-кой. Это упрощает настройку акустической системы по частоте и позволяет использовать меньшее количество МЖ, смягчая требования к температурной стабильности и однородности окружающей среды. Чтобы исключить искривление открытой верхней поверхности МЖ под влиянием нормальной составляющей магнитного поля, осуществляется ее принудительная стабилизация. С этой целью верхний конец трубки после ее заполнения исследуемым образцом МЖ герметично закрывается тонкой полиэтиленовой пленкой.

Узел экспериментальной установки, предназначенный для измерения скорости звука в системе «МЖ - цилиндрическая оболочка», представлен на рис. 2 (элементы 1-12 аналогичны рис. 1, 13 - постоянный магнит). Скорость звука рассчитывается по частоте вводимых в систему колебаний и фиксируемым катетометром длинам стоячих волн.

Эксперименты проводились при контролируемых температуре и напряжении на пьезоэле-менте. Акустическая ячейка с МЖ устанавливалась в межполюсном зазоре с соблюдением условия перпендикулярности силовых линий магнитного

поля и оси трубки с МЖ. Рис. 2 Блок-схема узла

_ экспериментальной установки

В главе 3 приведены данные экспериментального исследования физических характеристик образцов МЖ, представлены зависимости относительной амплитуды ЭДС, индуцируемой за счет АМЭ, от напряженности магнитного поля и результаты измерения скорости звука в системе «МЖ - цилиндрическая оболочка» методом звукового интерферометра.

Исследования проведены на МЖ типа «магнетит в керосине» с олеиновой кислотой в роли ПАВ. Физические параметры исследуемых образцов представлены в табл. 1 (р — плотность, <р - концентрация твердой фазы, х - начальная магнитная восприимчивость, М, - намагниченность насыщения, с - скорость звука в системе «МЖ - стеклянная трубка», ш.тах, <1тах, ш»т|„ и <Зтт - оценочные

значения магнитного момента и диаметра "крупных" и "мелких" наночастиц МЖ, полученные методом АГМ).

Таблица 1

Образец

МЖ-1

МЖ-2

Р,

кг/м3

1315

1852

Ф, %

3,4

6,8

М„ кА/м

45,8

89,6

с,

м/с

930

864

А-м

101

10,44

11,60

т-пм-Ю1 А-м2

1,70

1,56

нм

16,0

16,7

иШ1П>

НМ

8,7

8,5

В главе 4 пРоведен анализ экспериментальных данных, раскрывающий процесс взаимодействия упругого, теплового, магнитного и динамического размагничивающего полей в акустомагнитном эффекте. Предложена методика оценки магнитных и геометрических параметров мелких ферромагнитных частиц дисперсной фазы коллоида на основе совокупности результатов магнито-гранулометрических и акустогранулометрических измерений.

Известная концентрационная модель АМЭ учитывает наряду с колебаниями концентрации магнитных наночастиц колебания температуры МЖ в адиабатной звуковой волне. Кроме того, при условии ограниченности боковой поверхности звукового пучка и в зависимости от взаимной ориентации волнового вектора и вектора напряженности магнитного поля возникает специфическое для данного случая «динамическое» размагничивающее поле. Детализация картины взаимодействия звукового, магнитного и теплового поля позволяет раскрыть сущность концентрационной модели АМЭ в магнитной жидкости.

Рассмотрим теоретические зависимости, раскрывающие процесс взаимодействия упругого, теплового, магнитного и динамического размагничивающего полей в акустомагнитном эффекте.

Согласно концепции суперпарамагнетизма МЖ, амплитуда колебаний намагниченности МЖ ДМ в относительных единицах рГДМ/АМиах может быть представлена в виде функции параметра 4=ЦоШ.Н/(коТ):

р _ Щ)-к'-Р(^) -

5 И-к'-Г'-ЕК«'

(1)

где Ц^-сЛ^"1 - функция Ланжевена, к'=яс2/С,

к"=^ЦоМ5т./(коТ), ш. - магнитный момент частицы МЖ, ц0 - магнитная постоянная, к0 - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура; Ч - темпсра-

турный коэффициент расширения; Ср - удельная теплоемкость при постоянном давлении; - динамический размагничивающий фактор.

Доминантным среди механизмов АМЭ является механизм колебаний концентрации магнитных наночастиц в жидкости-носителе под действием звуковой волны. Его вклад в количественном выражении представлен функцией Ланжевена в числителе формулы (1).

Вклад тепловых колебаний (в отсутствие динамического размагничивающего поля) в процесс возмущения намагниченности МЖ отражает функция

ОД^кТ)©. (2)

Ее значение возрастает с увеличением q и существенно зависит от выбора жидкости-носителя.

Замедление роста относительной амплитуды индуцируемой ЭДС за счет динамического размагничивающего поля (в отсутствие тепловых колебаний) описывает функция

ЗД-Ь®--—-. (3)

По абсолютной величине вклад указанных факторов в механизм АМЭ при одновременном их действии представлен функцией

(4)

+ ^ ^ 1 + кЧЭ(£)/£ л 7

или, после преобразования —> У+(Н):

у (н) _ Цц0гп.Н/(к0Т)) • М^зН-' + к' 0_1(М-от*Н/(к0Т)) + Ы(1М5Н_1

На рис. 3 указанные функции о.20тУ1,п, у* отображены графически. Следует от-

0.15

метить, что замедление роста относительной амплитуды АМЭ за счет ди- о.ю намического размагничивающего по-

0.05

ля, описываемое функцией У,©, с

увеличением напряженности магнит-

Рис. 3'

значительным по сравнению с замед- 1 - У|, 2 - й, 3 -

ного поля ослабевает и становится не- 0 0 т10 20 30

Рис. 3 1 еоретические зависимости

лением, привносимым тепловыми колебаниями, т.е. функцией В окрестности магнитного насыщения (т.е. доя Н-юо):

Y^H) = -3£!^.±+NdMskoT J_

Срц0т, H ц0т. H2 (6)

Первый член выражения (6) представляет собой П(Н) - вклад тепловых колебаний, второй член - Yl(H) - вклад динамического размагничивающего поля в замедление роста относительной амплитуды индуцируемой ЭДС в окрестности магнитного насыщения. Следовательно, в случае монодисперсной системы при н-юо зависимость Y+(H) является гиперболой. Получение такой зависимости из эксперимента будет свидетельствовать об участии в процессе намагничивания в рассматриваемом диапазоне напряженности магнитного поля частиц с узким распределением магнитных параметров.

Представленный в диссертационной работе анализ механизмов взаимодействия физических полей в нанодисперсной МЖ на основе акустомагнитного эффекта был проведен на основе экспериментальных данных по полевой зависимости скорости распространения ультразвуковых волн и относительной величины ЭДС, индуцируемой за счет АМЭ. 1200 По результатам измерений была получена

зависимость скорости звука от градиента маг- * * ^

800

нитного поля, отображенная на рис. 4. Измерения проведены в направлении убывания напря- 6°° женности магнитного поля для образца МЖ-1. 400 Точками представлены значения с, рассчитан- ДН/дг-Ю"3, кА/м2 2°° ные по удвоенному расстоянию между двумя Л о о,5 соседними пучностями. Прямой показано сред- Рис'4 3ависимость с(ДН/Д2) нее значение скорости, рассчитанное для всей длины трубки.

По полученным данным, скорость звука в пределах погрешности измерений не зависит от градиента напряженности магаитного поля. Этот факт полностью не исключает возможность существования такой зависимости, предсказываемую теорией (Одинаев С., Комилов К. // Акуст. журн. - 2008). Вместе с тем, выполненные оценки и литературные данные (Полунин В.М. // Физматлиг -2008) не согласуются с утверждением об исключительной роли этого параметра.

с, м/с

Экспериментальные зависимости относительной амплитуды ЭДС, индуцируемой за счет АМЭ, от напряженности магнитного поля Р(Н) получены в диапазоне частот от 18 до 65 кГц с шагом -10 кГц. Данные по МЖ-1 для трех частот представлены на рис. 5. Кроме того, показаны две кривые, представляющие собой результат теоретического расчета р$(Н) для монодисперсных МЖ, состоящих из частиц <с!тах> (пунктирная кривая) и <ёт!п> (сплошная кривая). 1

Можно считать "естествен-

0,8

ной" особенностью пунктирной и сплошной кривых то обстоятель-

0,6

0,4

ство, что первая находится в хо рошем соответствии с опытом в од малых магнитных полях, а вторая - в полях, близких к насыщающим. Пунктирная кривая, соответствующая «крупным» наноча-

стицам, выходит на значения, близкие к единице, в сравнительно небольших полях («200 кА/м). Сплошная кривая в том же масштабе имеет достаточно заметный наклон даже в полях »800 кА/м. Отсюда следует вывод, что в полях, близких к магнитному насыщению, намагничивание МЖ

200 400 600 800

Рис. 5 Экспериментальные данные: • - 24 кГц, о - 41 кГц, Д - 65 кГц. Теоретические зависимости Рг,(11): 1 - для частиц <(!„,„> = 16,0 нм, 2 - для частиц <15тш> = 8,7 нм

- ,„ - .„ ,50 60 70 80

Рис. 6 Получение разностной кривой из опыта:

1 - относительная величина намагниченности Рм(Н),

2 - относительная величина индуцируемой за счет

АМЭ ЭДС Р(Н) при V = 65,1 кГц,

3 - "разностная" кршая У+<с,=Рм(Н)-Р(Н)

происходит в основном за счет «мелких» частиц. Вместе с тем обращает на себя внимание тот факт, что в полях, близких к магнитному насыщению, обе кривые сближаются.

Значительное расхождение теоретических и экспериментальных значений Р(Н) в области умеренных магнитных полей обусловлено, прежде всего, тем,

0.1 -

что используемая модель не учитывает распределение частиц по размерам.

Чтобы показать суммарный вклад в возмущение намагниченности МЖ тепловых колебаний и динамического размагничивающего поля, была построена «разностная» кривая Y+«>(H) - рис. 6. Ее построение осуществляется путем вычитания значений 0(H) из значений рм(Н) в магнитных полях одинаковой напряженности. При этом экспериментальные значения зависимостей (3М(Н) и Р(Н) аппроксимируются плавными кривыми в среде MS Excel.

Сравним экспериментальную «разностную» кривую Y+W(H) и расчетные зависимости Y+(H) для 0.3 , v v w

<dmax> = 16,0 HM И ДЛЯ <dmin> = 8,7 нм (рис. 7). В ок- 0 2 рестности магнитного насыщения МЖ «разностная» кривая отражает воздействие тепловых колебаний в адиабатной звуковой волне, прежде всего, на наиболее мелкие частицы, поскольку крупные частицы заблокированы магнитным полем. Поэтому правая спадающая ветвь кривой характеризует процесс выстраивания по полю наиболее мелких наночастиц.

На рис. 8 показаны «разностные» кривые для МЖ-1 и МЖ-2. В более концентрированном образце благодаря близости магнитных частиц имеет место большее диполь-дипольное взаимодействие между ними: Соответственно, выстраивание «по полю» частиц мелкой 030 фракции происходит в полях с более высокой напряженностью. Данная °-20 особенность «разностной» кривой мо' жет быть использована для получения оценки размера мелких ферромагнитных частиц.

Рассмотрим методику оценки

о 50 100 200 300 400 500 600 700 800

Рис. 7 Сравнение зависимостей: 1 - "разностная" кривая, 2 - У+(Н) при <^>=16,0 нм, 3 - У+(Н) при <с!тт> = 8,7 нм

0.10

Y+w

/ ^N^ / 1 2

№ Н, кА/м

50 юо 150

. Рис. 8 «Разностные» кривые 1 - для МЖ-1,2 - для МЖ-2

магнитных и геометрических параметров мелких ферромагнитных частиц дисперсной фазы коллоида на основе совокупности результатов магнитогрануло-метрических и акустогранулометрических измерений. Основой методики является нахождение тангенса угла наклона а отрезка прямой У+(е)(Н-1) в окрестности магнитного насыщения. Теоретически, как это следует из формулы (6),

ас2кпТ

= —-^—. Приравнивая это выражение к результату аппроксимации экс-

Срц0ш,

периментальной зависимости У+(с)(Н''), можем вычислить магнитный момент частиц, составляющих мелкую фракцию МЖ.

На рис. 9 представлен прямолинейный участок зависимости У+(е)(Н"') для МЖ-2, полученный при Н > 300 кА/м. Здесь 1§а = 13400 А/м, что выполняется при ш.=0,7-10'19 А-м2. Откуда следует оценка о.о8 минимального размера однодоменных частиц о.об дисперсной фазы исследуемой МЖ, полученная 0.04 по предложенной методике: d=6,5 нм.

Преимущество данной методики перед ме- о 1 2 з <

„ „ Рис. 9 Зависимость

тодикои МГМ состоит в том, что в последней

малые приращения намагниченности за счет выстраивания мелких частиц в сильных полях выявляются на фоне значительно превосходящей их намагниченности, привносимой частицами крупных и средних размеров. Следовательно, в насыщающих полях методика выявления «мелких» частиц на основе МГМ недостаточно эффективна.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработаны методика и модернизированная комплексная экспериментальная установка для измерения скорости звука в системе «магнитная жидкость - цилиндрическая оболочка» и определения физических параметров на-ночастиц магнитной жидкости акустогранулометрическим методом.

2. Показано: воспользовавшись неоднородным магнитным полем, можно получить полевую зависимость амплитуды индуцируемой ЭДС, не прибегая к процедуре постепенного наращивания поля, осуществляемой при использовании электромагнита; можно совместить исследования АМЭ в неоднородном

магнитном поле с измерениями скорости звука в МЖ.

3. Исследована зависимость скорости распространения звука в МЖ от степени неоднородности магнитного поля. По полученным данным, скорость звука в пределах погрешности измерений не зависит от градиента напряженности магнитного поля. Этот факт полностью не исключает возможность существования такой зависимости, но не позволяет согласиться с утверждением об исключительной роли этого параметра.

^Полученные на основе акустогранулометрии усредненные по исследованному диапазону частх>т значения физических параметров диспергированных в МЖ магнитных наночастиц <т.> и <d> в оценочном плане согласуются с данными полученными по другим методикам, например, на основе измерения кривой намагничивания магнитного коллоцда.

5. Получены и проанализированы теоретические зависимости, отражающие количественный вклад в АМЭ тепловых колебаний наночастиц, колебаний концентрации магаитных частиц в жидкости-носителе, динамического размагничивающего поля.

6. Проведено сравнение теоретических и экспериментальных данных описывающих механизм взаимодействия упругого, теплового, магнитного и динамического размагничивающего полей в АМЭ для двух образцов МЖ, различающихся концентрацией.

7. Предложена методика оценки магнитных и геометрических параметров мелких ферромагнитных частиц МЖ на основе «разностной» кривой, полученной по результатам машигогранулометрических и акустохранулометрических измерений.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В рекомендованных ВАК научных журиздах и издание-1 - Полунин, В.М. Акустометрия нанодисперсной фазы магнитной жидкости / В.М. Полунин, A.M. Стороженко, П.А. Ряполов [и др.] // Нанотехника -2011 -№ 2(26). - С. 64 -69.

2. Полунин, В.М. Акустоструктурный анализ нанодисперсной магнитной жидкости / В.М. Полунин, П.А. Ряполов, A.M. Стороженко [и др.] // Известия высш. учебн. заведений. Физика. - Томск, 2011. - № 1. - С. 10-15.

3. Полунин, В.М. Результаты исследования полевой зависимости акустомаг-нитного эффекта / В.М. Полунин, A.M. Стороженко, П.А. Ряполов [и др.] // Известия ЮЗГУ. - Курск, 2011. - № 3. - С. 56-63.

4. Emelyanov, S. G. The sound speed in the non-uniform magnetized magnetic fluid / S.G. Emelyanov, V.M. Polunin, A.M. Storozhenko [et al.] // Magnetohydrody-namics. - 2011. - V. 47. - № 1. - P. 29-39.

5. Polunin, V.M. On the estimation of physical parameters of magnetic nanoparti-cles in magnetic fluid / V.M. Polunin, N.S. Kobelev, A.M. Storozhenko [et al.] // Magnetohydrodynamics. - 2010. - V. 46. - № 1. - P. 31-40.

В других журналах и изданиях:

6. Полунин, В.М. Акустогранулометрический анализ параметров дисперсной фазы феррожидкостей / В.М. Полунин, П.А. Ряполов, A.M. Стороженко [и др.] // Известия ЮЗГУ. Серия физика, химия. - Курск, 2011. - № 1. - С. 7-11.

7. Стороженко, A.M. Вклад тепловых колебаний и динамического размагничивающего поля в концентрационный механизм акустомагнитного эффекта / A.M. Стороженко, В.М. Полунин // Матер, конференции ВНКСФ-17. - Екатеринбург, 2011.-С. 157-158.

8. Полунин, В.М. Новые лекционные демонстрации по физике / В.М. Полунин, П.А. Ряполов, A.M. Стороженко [и др.] // Тезисы докладов Международной школы-семинара «Физика в системе высшего и среднего образования России». - М., 2011. - С. 222-223.

9. Стороженко, A.M. Оценка предельных размеров наночастиц магнитной жидкости акустомагнитным методом / A.M. Стороженко, В.М. Полунин, А.О. Танцюра // Тезисы докладов XVII Зимней школы по механике сплошных сред. - Пермь, 2011. - С. 299.

10. Полунин, В.М. Акустомагнитный эффект в нанодисперсной магнитной жидкости / В.М. Полунин, A.M. Стороженко // Ультразвук и термодинамические свойства вещества: сб. научн. тр.: Вып. 37: матер. II Международной научной конференции «Актуальные проблемы молекулярной акустики и теплофизики». - Курск, 2010. - С. 70-75.

11. Полунин, В.М. Исследование дисперсного состава магнитных жидкостей на основе акустомагнитного эффекта / В.М. Полунин, П.А. Ряполов, A.M. Сто-

роженко [и др.] // Матер. XXII сессии Российского акустического общества -М.: ГЕОС, 2010. - С. 74-77.

12. Стороженко, A.M. Определение скорости звука в магнитной жидкости на основе акустомагнитного эффекта / A.M. Стороженко // Тезисы докладов XI Всероссийской молодежной школы-семинара по проблемам физики конденсированного состояния вещества. - Екатеринбург, 2010. - С. 226.

13. Полунин, В.М. Исследование распределения магнитных наночастиц аку-стомагнитным методом / В.М. Полунин, Г.Т. Сычев, A.M. Стороженко [и др.] // Сб. тр. IX научно-технической конференции «Вибрация 2010». - Курск, 2010 -С. 312-318.

14. Полунин, В.М. Некоторые результаты акустических исследований магнитных жидкостей / В.М. Полунин, П.А. Ряполов, A.M. Стороженко [и др.] // Сб. тр. 14 Меяадународной Плесской научной конф. по нанодисперсным магнитным жидкостям. - Иваново, 2010. - С. 123-129.

15. Полунин, В.М. Определение скорости распространения звука в магнитной жидкости акустомагнитным методом / В.М. Полунин, A.M. Стороженко, П.А. Ряполов // Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук: труды 53-й научной конференции МФТИ. - М.: МФТИ, 2010. - С. 151-153

16. Полунин, В.М. Опыты на звуковом магнитожидкостном ингерферомегре / В.М. Полунин, A.M. Стороженко, А.Г. Беседин А.Г. [и др.] // Тезисы докладов Международной школы-семинара «Физика в системе высшего и среднего образования России». - М., 2010. - с. 246-247.

17. Polunin, V. М. On the estimation of the ferrofluids particle size distribution on

the acoustomagnetic effect base / V.M. Polunin, P.A. Ryapolov, A.M. Storogenko //

Patterns in Soft Magnetic Matter: Euromech Colloquium 526. - Dresden 2011 -P. 36-37.

Подписано в печатъ22.09.2011г. Формат 60x84 1/16. Печать офсетная.

Печ.л. 1. Тираж 120 экз. Заказ _.

Юго-Западный государственный университет. 305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, 94

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Стороженко, Анастасия Михайловна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА'.К МАГНИТНЫЕ И АКУСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОДИСШРСНОЙМАГТШТНОЙОКИДКОСТИ.

1.1 Общие сведения о магнитных-жидкостях.

1.2 Механизм намагничивания^ магнитной жидкости.

1.3 Возмущение намагниченности магнитной жидкости звуковой волной

1.3.1 Акустомагнитный эффект.

1.3.2 Влияние магнитного и теплового полей на скорость звука.

1.3.3 Динамическое размагничивающее поле.

1.3.4 Акустогранулометрия магнитных наночастиц.

1.4 Выводы, цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ.

2.1 Описание комплексной экспериментальной установки.

2.1.1 Узел, предназначенный для исследования относительной, амплитуды ЭДС, индуцируемой за счет АМЭ.

2.1.2 Узел, предназначенньш для измерения^скорости звука в системе1 «МЖ - цилиндрическая оболочка»

2.2 Методика исследования полевой зависимости АМЭ и определения на ее* основе физических параметров магнитных наночастиц.

2.3 Методика определения скорости звука в системе «МЖ — цилиндрическая оболочка» на основе АМЭ.

2.4 Выводы.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1 Физические характеристики объектов исследования.

3.2 Исследование МЖ методом просвечивающей электронной микроскопии.

3.2 Результаты измерений полевой зависимости относительной амплитуды

ЭДС, возникающей за счет АМЭ.

3.3 Анализ геометрии магнитного поля постоянного магнита.

3.4 Результаты измерений скорости звука в системе «МЖ - стеклянная трубка».

3.5 Выводы.

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ.

4.1 Влияние неоднородности магнитного поля на скорость распространения звуковых колебаний в нанодисперсной МЖ.

4.2 Детализация механизмов возмущения намагниченности МЖ в звуковой волне.

4.3 «Разностная» кривая.

4.4 Оценка физических параметров наиболее мелких магнитных наночастиц.

4.5 Выводы.

Введение диссертация по физике, на тему "Механизмы акустомагнитного эффекта в нанодисперсной магнитной жидкости"

Актуальность исследования

Магнитные жидкости (МЖ) представляют собой коллоидный раствор наноразмерных частиц магнетика, стабилизированный? поверхностно-активным веществом; в жидкости-носителе. Распространение звуковых колебаний в намагниченной МЖ сопровождается излучением электромагнитных волн. Это' явление принято называть акустомагнитным эффектом (АМЭ) в магнитной жидкости. На основе АМЭ функционируют магнитожидкостные интерферометры различной конструкции, использование которых положено в основу уникальной методики акустической спектроскопии системы «жидкость - цилиндрическая оболочка». Анализ зависимости относительной амплитуды индуцируемой-ЭДС от напряженности магнитного поля является перспективным методом исследования геометрических и магнитных параметров магнитных наночастиц и используется наряду с другими методами исследования нанодисперсных сред.

Вместе с тем остается недостаточно изученной физическая природа АМЭ, механизмы взаимодействия физических полей, присущих данному эффекту, что затрудняет интерпретацию получаемых на основе АМЭ результатов, ограничивая возможности применения этого? уникального эффекта в науке и технике.

При анализе результатов измерений амплитуды ЭДС, индуцируемой в проводящем контуре за счет АМЭ, используются данные по скорости распространения звуковых колебаний в МЖ, заполняющей сосуд цилиндрической формы. Указанные измерения, как правило, проводятся с использованием неоднородных магнитных полей. В связи с этим представляется целесообразным проведение экспериментального исследования зависимости упругих свойств МЖ от степени неоднородности магнитного поля.

Актуальность диссертационного исследования связана также с тем, что результаты изучения механизмов АМЭ с привлечением данных магнитогранулометрического анализа позволяют получить новые сведения о параметрах магнитных наночастиц, составляющих наиболее мелкую фракцию дисперсной фазы магнитного коллоида:

Целью диссертационной работы является исследование физических механизмов* акустомагнитного эффекта в, нанодисперсной магнитной жидкости: особенностей взаимодействия в нем упругого, теплового, магнитного и динамического размагничивающего полей во взаимосвязи с физическими параметрами наночастиц. Задачи исследования,

- Разработать и внести принципиальные изменения в. предназначенную для исследования АМЭ- экспериментальную установку: модернизировать устройства ввода в-МЖ звуковых колебаний и индикации возмущения ее намагниченности звуковой волной.

- Разработать методику и экспериментальную установку для измерения-скорости звука в системе «МЖ - цилиндрическая оболочка» с использованием неоднородного магнитного поля.

- Изучить геометрию неоднородного магнитного поля используемого постоянного магнита.

- Произвести измерения скорости распространения* звука- в неоднородно намагниченной МЖи проанализировать полученные результаты.

- Предложить методику оценки магнитных и геометрических параметров I мелких ферромагнитных частиц дисперсной фазы коллоида на основе совокупности' результатов^ магнитогранулометрических и акустогранулометрических измерений.

Объектом исследования является нанодисперсная магнетитовая МЖ на основе керосина. Предмет исследования - процесс взаимодействия физических полей в акустомагнитном эффекте.

Научные результаты,, выносимые на защиту

1. Разработаны и внесены принципиальные изменения в предназначенную для исследования АМЭ экспериментальную установку, состоящие в модернизации устройств* ввода в МЖ звуковых колебаний- и индикации возмущения ее намагниченности звуковой волною

2. Разработаны методика и экспериментальная установка для измерения скорости звука в системе «МЖ-цилиндрическая оболочка», использующие неоднородное магнитное поле;- получены* экспериментальные данные и сделаны выводы.

4. Проанализированы теоретические' и экспериментальные зависимости, раскрывающие механизмы взаимодействия упругого, магнитного, теплового и динамического размагничивающего полей в АМЭ на магнитном коллоиде.

Научная новизна результатов исследования

2. Методика и экспериментальная установка для измерения скорости звука в системе «МЖ — цилиндрическая оболочка», использующие неоднородное магнитное поле.

4. Существующая модель концентрационного механизма АМЭ дополнена количественными оценками вклада в него механизмов тепловых колебаний наночастиц, колебаний концентрации магнитных частиц в жидкости-носителе, динамического размагничивающего поля.

5. Предложена новая методика оценки магнитных и геометрических параметров частиц, составляющих мелкую дисперсную фракцию МЖ, на основе совокупности результатов МГМ и ATM.

Практическая и теоретическая значимость работы Детализация механизмов взаимодействия в МЖ звукового, магнитного и теплового поля позволяет раскрыть сущность концентрационной модели АМЭ, являющейся теоретической основой ATM магнитных наночастиц. В свою очередь получение "разностной" кривой, предсказываемой модельной теорией, служит дополнительным подтверждением ее физической обоснованности.

Предложенная методика оценки магнитных и геометрических параметров частиц, составляющих мелкую дисперсную фракцию МЖ, на основе комплексного использования результатов МГМ и ATM может быть полезна при исследовании квантовых ограничений размеров магнитных доменов.

Достоверность, экспериментальных исследований подтверждается использованием поверенной, измерительной, техники и- аналого-цифрового преобразователя, обеспечивающего компьютерную обработку результатов эксперимента; оценкой погрешности измерений; совпадением данных нескольких независимых экспериментов, проведенных на одних и тех же образцах; согласованием данных, полученных методами МГМ и ATM.

Личный вклад автора. Разработана методика и модернизированная комплексная экспериментальная установка для измерения скорости звука в системе «МЖ - цилиндрическая оболочка» и исследования полевой зависимости АМЭ; выполнен необходимый объем экспериментальных исследований; предложен алгоритм построения «разностных» кривых, отражающих количественный вклад механизмов тепловых колебаний, частиц и динамического размагничивающего поля в концентрационную модель АМЭ; проведено их сравнение с теоретическими зависимостями, показавшее физическую обоснованность модельной теории,АМЭ; рассчитаны значения магнитных и геометрических параметров мелких ферромагнитных частиц МЖ на основе предложенной* методики, использующей совокупность результатов МГМ и ATM:

Соответствие диссертации паспорту научной специальности В соответствии, с областью исследования специальности 01.04.07 «Физика конденсированного состояния» диссертация включает в себя теоретическое и экспериментальное исследование нанодисперсной магнитной жидкости и механизмов АМЭ во взаимосвязи с физическими свойствами ее наночастиц. Полученные научные результаты соответствуют следующим пунктам паспорта специальности:

- п. 2 «Теоретическое и экспериментальное исследование физических свойств неупорядоченных неорганических и органических систем, включая классические и квантовые жидкости, стекла различной природы и дисперсные системы»,

- п. 6 «Разработка, экспериментальных методов изучения физических свойств и создание физических основ промышленной технологии получения материалов с определенными свойствами».

Апробация результатов исследования

Результаты исследования апробированы на 14-й Международной Плесской научной конференции по нанодисперсным магнитным^ жидкостям (Плес, 2010), 53-й.научной* конференцишМФТИ «Современные проблемы" фундаментальных и прикладных, наук» (Москва, 2010); IX научно-технической конференции «Вибрация 2010» (Курск, 2010); Ж Всероссийской молодежной школе-семинаре по проблемам физики конденсированного» состояния вещества (Екатеринбург, 2010); II международной научной конференции «Актуальные проблемы, молекулярной акустики и теплофизики» (Курск, 2010); XVII1 Зимней школе по механике сплошных сред, (Пермь, 2011); Euromech Colloquium 526 "Patterns in Soft Magnetic Matter" (Dresden, 2011); 1П Всероссийской научной конференции «Физико-химические и прикладные проблемы, магнитных дисперсных наносистем» (Ставрополь, 2011); XXII' Сессии. Российского* акустического общества (Саратов, 2011); Moscow International Simposium on Magnetism» (Москва, 2011).

Разработанная экспериментальная, установка применяется в учебном -процессе в качестве ультразвукового интерферометра. Описание установки представлялось на Международной школе-семинаре «Физика в системе высшего и среднего образования России» (Москва, 2011).

Материалы диссертации использованы в научных отчетах по ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 20092013 годы (гранты НК-410П' - ГК №2311, 2011-1.3.2-121-003 - ГК 14.740.11.1160).

Публикации. Основные результаты, представленные в диссертации, опубликованы в 17 работах, из них 5 - в рекомендованных ВАК научных журналах.

Заключение диссертации по теме "Физика конденсированного состояния"

4.5 Выводы

Проведен анализ влияния неоднородности магнитного поля на скорость распространения звуковых колебаний в нанодисперсной МЖ. По полученным данным, скорость звука в пределах погрешности измерений не зависит от градиента напряженности магнитного поля. Этот факт полностью не исключает возможность существования зависимости скорости звука от градиента напряженности магнитного поля, но не позволяет согласиться с утверждением об исключительной роли этого параметра.

Исследование акустомагнитного эффекта и измерение скорости звука в МЖ с применением постоянного магнита в определенных условиях может быть предпочтительным, поскольку:

- воспользовавшись неоднородным магнитным полем, можно получить. полевую зависимость амплитуды индуцируемой ЭДС, не прибегая к процедуре постепенного наращивания поля, осуществляемой при использовании электромагнита.

- можно совместить исследования АМЭ в неоднородном магнитном поле с измерениями скорости звука в МЖ.

- в неоднородном магнитном поле происходит перераспределение концентрации магнитного вещества, которое может быть зафиксировано по изменению амплитуды возмущения намагниченности, что, в свою очередь, может быть использовано для характеристики устойчивости МЖ.

Проведен теоретический анализ механизмов возмущения намагниченности МЖ в звуковой волне. Относительная амплитуда колебаний намагниченности МЖ обусловлена процессом взаимодействия* в акустомагнитном эффекте упругих и тепловых полей, а также магнитного поля и динамического размагничивающего поля.

Доминантным среди механизмов АМЭ является механизм колебаний концентрации магнитных наночастиц в сжимаемой матрице (в жидкости-носителе) под действием звуковой волны. В области умеренных магнитных полей замедление, роста относительной амплитуды АМЭ за счет тепловых; колебаний частиц и динамического размагничивающего поля; приблизительно одинаково. Однако с увеличением напряженности; магнитного поля- влияние динамического размагничивающего поля;; становится незначительным по сравнению с вкладом тепловых колебаний.

Полученная экспериментально «разностная» кривая отражает механизм конкуренции двух противоположных воздействий на' процесс намагничивания коллоида — ориентирующего действия магнитного; поля, и дезориентирующего действия теплового движения. Если в начале процесса намагничивания, в; котором принимают участие в основном «крупные» магнитные наночастицы, преобладает роль теплового фактора; то придал ьнейшем увеличении напряженности магнитного поляг возрастает степень ориентации магнитных моментов «мелких» наночастиц но. полю. В полях, близких к магнитному насыщению, преобладающее влияние на намагничивание будет оказывать . фактор; воздействия магнитного поля. Можно констатировать, что получение; «разностной» , кривой? служит дополнительным подтверждением обоснованности концентрационной', модели физического механизма АМЭ;

Показана возможность применения; «разностной»: кривой для получения оценки размера магнитных наночастиц, которая; дает результат, близкий к физически возможному, минимуму, обусловленному квантовым ограничением. Преимущество данной методики перед методикой МГА

5. состоит в том, что в последней малые приращения намагниченности за счет выстраивания мелких частиц в сильных полях выявляются на фоне значительно превосходящей их намагниченности, привносимой частицами крупных и средних размеров. Следовательно, в насыщающих полях методика выявления «мелких» частиц на основе МГА недостаточно эффективна. Особенность предлагаемой методики оценки физических параметров наиболее мелких магнитных наночастиц дисперсной системы состоит в комплексном использовании результатов магнитогранулометрических и акустогранулометрических измерений, а ее пригодность распространяется на магнитные коллоиды с различной ферромагнитной фазой.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В рамках концентрационной модели исследован процесс взаимодействия упругих и тепловых полей, а также магнитного и динамического размагничивающего поля в акустомагнитном эффекте на магнитной жидкости. Получение «разностной» кривой служит дополнительным подтверждением обоснованности концентрационной модели физического механизма АМЭ.

Перечислим основные результаты и выводы по работе:

1. Разработаны методика и модернизированная комплексная экспериментальная установка для измерения скорости звука в системе. «магнитная жидкость - цилиндрическая оболочка» и определения физических параметров наночастиц магнитной жидкости акустогранулометрическим методом.

4.Полученные на основе акустогранулометрии усредненные по исследованному диапазону частот значения физических параметров диспергированных в МЖ магнитных наночастиц <т*> и <с1> в оценочном плане согласуются с данными, полученными по другим методикам, например, на основе измерения кривой намапничивания магнитного коллоида.

5. Получены и проанализированы теоретические зависимости, отражающие количественный вклад в АМЭ тепловых колебаний наночастиц, колебаний концентрации магнитных частиц в жидкости-носителе, динамического размагничивающего поля.

6. Проведено сравнение теоретических и экспериментальных данных, описывающих механизм взаимодействия упругого, теплового, магнитного и динамического размагничивающего полей в АМЭ для двух образцов МЖ, различающихся концентрацией.

7. Предложена методика оценки магнитных и геометрических параметров мелких ферромагнитных частиц МЖ на основе «разностной» кривой, полученной по результатам магнитогранулометрических и акустогранулометрических измерений.

БЛАГОДАРНОСТИ

Хотелось бы выразить огромную благодарность моему научному руководителю профессору В.М. Полунину за профессиональную помощь, которая была оказана мне при проведении диссертационного исследования, и моральную поддержку. Очень признательна всем, к кому приходилось обращаться за советом и помощью, а также проявлявшим интерес к работе.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Стороженко, Анастасия Михайловна, Курск

1. Дмитриев,. И.Е. Акустическая дисперсия в. магнитожидкостном интерферометре . / ЖЕ. Дмитриев,. В.М. Полунин // Магн. гидродинамика. 1997. - Т. 33. - № 1. - С. 96-99,

2. Такетоми;. С. Магнитные жидкости / С.Такетомщ. СЛикадзуми. -М.: Мир, 1993.-272 с. . ,

3. Шлиомис, М.И. Магнитные жидкости / М.И. Шлиомис // Успехи физ. наук. 1974. - Т. 112. - № 3. - С. 427-459.

4. Фертмащ В.Е. Магнитные жидкости естественная конвекция и теплообмен / В.Е. Фертман // Минск: Наука и техника, 1978. - 206 с. .

5. Гогосов, В.В. Гидродинамика намагничивающихся жидкостей. / В.В. Гогосов, В.Д. Налетова, Г.А. Шапошникова // Итоги науки и техники. Сер. Механика жидкости и газа. М.: ВИНИТИ, 1981. - С. 2Г0\ •

6. Вонсовский, C.Bi Магнетизм / С.В. Вонсовский. М.: Наука, 1971. -1032 с,

7. Голенищев-Кутузов, A.B. Индуцированные доменные структуры в электро- и магнитоупорядоченных веществах / А.В.Голенищев-Кутузов^ В.А.Голенищев-Кутузов, Р.И.Калимуллин. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. - 136 с.

8. Ю.Белов, К.П. Редкоземельные ферро- и антиферромагнетики / К.П.Белов, М.А.Белянчикова, Р.З.Левитин, и др.. М.: Наука, 1965. - 319 с.

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

10. Краков, М.С. К вопросу об? устойчивости магнитных коллоидов и их максимальной намагниченности / М.С.Краков, II.П. Матусевич // Магнитные жидкости: научные и прикладные исследования. Минск: АН БССР, ИТМО- 19831 - С. 3-11.

11. Patent № 3215572 US МРК Low. viscosity, magnetic fluid obtained;Ьу Ше; colloidal suspension of magnetic particles / S.S. Pappell, 1965.

12. Розенцвайг, Р.Э; Феррогидродинамика / Р.Э. Розенцвайг // Успехи физ.наук. 1967. - Т. 92. - № 2. - С. 339 - 343.

13. Бибик, Е.Е. Приготовление феррожидкости / Е.Е. Бибик // Коллоидн. журн. 1973. - Т.35. - № 6. - С. 1141 - 1142.

14. Гб.Орлов, Д.В. Магнитные жидкости в машиностроении / Под ред. Д.В. Орлова, В.В. Подгоркова. М.: Машиностроение, 1993. - 27-2 с.

15. Hayes, Ch. F. Observation of association in a;ferromagnetic colloid / Ch. F. Hayes // J. of Colloid and Interface Sciencero 1975. - V. 52. - № 2. - P.239.243;; . v- ■•■.•• •. ; • '' ;

16. Бузмаков, B.M. О концентрационной зависимости вязкости магнитных жидкостей /, В.М. Бузмаков, А.Ф. Пшеничников // Магнитная: гидродинамика: 1991. - №1. - С. 18-22.

17. Полунин, В:М. К изучению формы дисперсных наночастиц на основе модели вращательной вязкости / В.М.Полунин, А.Н. Кутуев // Известия высших учебных заведений. Секция физика. 2009. - № 8. --.С. 10-15:

18. Чеканов, В.В. Изменение намагниченности магнитной; жидкости при образовании агрегатов / В.В. Чеканов, В.И. Дроздова, П.В. Нуцубидзе, и др. // Магнитная гидродинамика. 1984. — № Г. — С. 3-9.

19. Скибин, Ю.Н. Влияние агрегатирования частиц на экстинцию и дихроизм магнитных жидкостей / Ю.Н. Скибин // Физические свойства магнитных жидкостей. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1983. - С. 66-74.

20. Полунин, В.М. Акустические эффекты в магнитных жидкостях / В.М. Полунин // М: ФИЗМАТЛИТ, 2008. 208 с,

21. Фертман, В.Е. Магнитные жидкости: Справочное пособие / В.Е. Фертман // Мн: Высш. шк., 1988. С.' 184. . . "

22. Тикадзуми С. Физика:ферромагнетизма: Магнитные свойства вещества /С. Тпкадзумп // М.: Мир, 1983. С; 304.

23. Psheniclmikov, A.F. , Magneto-granulometric analysis; of, concentrated;, ferrocolloids / A.F. Pshenichnikov, V.V. Mekhonoshin, A.V. Lebedev // J. Magn. Magn. Mater. 1996. - V. 161. - P. 94-162.

24. Блум, Э.Я. Магнитные жидкости / Э.Я. Блум, М.М. Майоров, А.О. Цеберс // Рига: Зинатне, 1989. С. 386.

25. De Gennes, P.G. Pair Correlation in a Ferromagnetic Colloids / P.G. De Gennes, P.A. Pincus //. Phys- der Konden. Materie. 1970. - V.ll. -N3.

26. P: 189-198. .••' ■ .:. ; "

27. Buevich, Yu.A. Equilibrum properties of ferrocolloids / Yu.A. Buevich; A.O. Ivanov //Physica A. 1992. - V. 190.-N 34.-P. 276 - 294.

28. Ivanov, A.O. Magnetic properties of dense ferrofluids: an influence of interparticle correlations / A.O. Ivanov, O.B. Kuznetsova // Phys. Rev. E. -2001.-V. 64.-P. 041405-1-041405-12.

29. Ivanov, A.O. Magnetic properties of dense ferrofluids / A.O. Ivanov, O.B. Kuznetsova // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2002. V. 252. - P. 135-137.

30. Ivanov, A.O. Magnetogranulometric Analysis of Ferrocolloids: Second-Order Modified Mean Field Theory / A.O. Ivanov, O.B. Kuznetsova // Kolloidnyi Zhumal. 2006. - V. 68. - No. 4. - P. 472-483.

31. Skumiel, A. The heating effect of the magnetic fluid APG-832 in an alternating magnetic field / A. Skumiel, M. Labowski, H. Gojzewski. // Molecular and Quantum Acoustics. 2007. - V. 28. - P.229-239.

32. A. c. 1383839 СССР МКИ G 01 R 33/12. Способ определения магнитных моментов ферромагнитных частиц в магнитной жидкости / М.И. Шлиомис, Б.И. Пирожков. — опубл 23.03.87, Бюл №11.

33. Пшеничников, А.Ф. Квазиравновесное поведение концентрированных ферроколлоидов в скрещенных магнитных полях / А.Ф. Пшеничников, А.А. Федоренко, Б.И.Пирожков // Вестн. Перм. ун-та. 2002. — Вып. 4. — С.85-89.

34. Pshenichnikov, A.F. Chain-like aggregates in magnetic fluids / A.F. Pshenichnikov, A.A. Fedorenko // J. Magn. Magn. Mater. 2005. —V. 292. — P.332-344.

35. Тарапов, И.Е. Звуковые волны в намагничивающейся среде / И.Е. Тарапов // ПМТФ. 1973. - №1. - С. 15-22.

36. Пирожков, Б.И. Релаксационное поглощение звука в ферросуспензии / Б.И. Пирожков, М.И. Шлиомис // Матер. 9 Всесоюзн. акуст. конф. Секция Г. М.: Наука, 1977. - С. 123-126.

37. Полунин, В.М. Релаксация намагниченности и распространение звука в магнитной жидкости / В.М. Полунин // Акуст. журн. 1983. - Т. 29. — №6.-С. 820-823.

38. Полунин, В.М. Акустомагнитный эффект на магнитной жидкости в поперечном магнитном поле / В.М. Полунин, М.В. Чистяков //

39. Ультразвук и термодинамические свойства вещества: сб. тр. РАО. -Курск: КГУ, 2005. С. 28 - 32.

40. Сагу, В.В. On the utilization of ferrofluids for transducer applications / B.B. Cary, F.H. Fenlon // J. Acoust. Soc. Amer. 1969. - V. 45. - №5. -P. 1210-1217.

41. Блинова, .Л.П. Акустические измерения / Л.П. Блинова, А.Е. Колесников, Л.Б. Лангане. М.: Изд-во стандартов, 1971.-271 с.

42. Рэлей, Дж.У. Теория звука. / Дж.У. Рэлей. М.: ГИТТЛ, 1955. - Т. 2. -475 с.

43. Cowley, M.D. The interfacial stability of a ferromagnetic fluid / M.D. Cowley, R.E. Rosensweig // J. Fluid Mech., 1967. V.80. - N4. - P.671-688.

44. Gaititis, A. Formation of the hexaganal pattern on the surface of a ferromagnetic fluid in an applied magnetic field / A. Gaititis // J. Fluid Mech. 1977.-V. 82.-№3.-P. 401-413.

45. Полунин, B.M. О некоторых особенностях возмущения намагниченности магнитной жидкости звуком / В.М. Полунин, Е.В. Пьянков, А.В. Авилов // Магн. гидродинамика. 1986. - №1. - С. 40-44.

46. Бибик, Е.Е. Достижения в области получения и применения ферромагнитных жидкостей / Е.Е. Бибик, О.В. Бузунов // М.: ЦНИИ Электроника, 1979. — 60 с. 1

47. Polunin, V.M. On the АМЕ character in a magnetic liquid poured in a cylindrical container / V.M. Polunin,; A.G. Besedin, I.E. Dmitriev // Magnetohydrodynamics.- 2001. -V. 37. No. 4. - P. 427-431.

48. Полунин, B.M. О дисперсии скорости звука в системе жидкость -цилиндрическая оболочка / В.М. Полунин, И.Е. Дмитриев // Акуст. журн. 1997. - Т. 43. - №3. - С. 344-349.

49. Dmitriev, I.E. Dispersion of sound velosity in a fluid-filled cylindrical shell / I.E. Dmitriev, V.M. Polunin //Acoustical Phisics. 1997. - V.43. - №3. -P. 295-299.

50. Полунин, В.М. О магнитоупругом преобразовании в намагниченной магнитной жидкости / В.М. Полунин, Е.В. Пьянков, И.11. Егунов // Тёз. докл. 5 Всесоюзн. конф. по магнитным жидкостям: — М.: ИМ МГУ, 1988.-Т. 2.-G. 46-47.

51. Полунин, В.М. Исследование вибрационных и звуковых колебаний вмагнитной жидкости, заполняющей трубу / В.М. Полунин и др. //Сб. тр: XVI¡сессии РАО; — М-: ГЕОС^ 2005. Т. Д .- С 137-140«:

52. Полунин, В.М. Экспериментальное: исследование магнитожидкостного преобразователя / В.М. Полунин и др. // Сб. тр. 15 Сессии Росс, акуст.общ. —М.: ГЕЛИОС,20041-Т.2:^С. 37-40:

53. Полунин, В.М. О магнитоупругом преобразовании в магнитной; жидкости / В.М. Полунин, В.А. Зрайченко, Е.В; Пьянков и др. // Магн. Гидродинамика. 1988. - №3. - С. 128-130.

54. Колесников, А.Е. Ультразвуковые измерения? / А.Е. Колесников.' М.: Стандартгиз, 1970. - 238 с. : - ,

55. Ультразвук. Маленькая энциклопедия / Под. ред. И.П. Голяминой. М.: Советская энциклопедия, 1979. - 400 с.

56. Elborai, Sh.M. Ferrofluid surface and volume flows inuniform rotating magnetic fields / Sh.M. Elborai. Massachusetts Institute of Technology,- 2006;-260p; ■■'.■ :

57. Пирожков, Б.И. Скорость звука в феррожидкостях / Б.И. Пирожков, Ю.М. Пушкарев, И.В. Юркин // Гидродинамика. Ученые записки. -Пермь: ПГПИ, 1976. Вып; 9. - С. 164-166.

58. Рослякова, Л.И. Результаты измерения скорости звука в некоторых магнитных жидкостях / Л.И. Рослякова и др.. Курск; политехи, ин-т. - Курск, 1984. - Деп. в ВИНИТИ - № 7212-84.

59. Солодухин, А.Д. Экспериментальное исследование температурной зависимости скорости ультразвука в ферромагнитных жидкостях /

60. A.Д. Солодухин, В.Е. Фертман // Конвекция и волны в жидкостях. -Минск: ИТМО АН БССР, 1977. С. 64-68.

61. Полунин, В.М. О зависимости скорости ультразвука в ферромагнитной жидкости от концентрации твердой фазы / В.М: Полунин, Н.М. Игнатенко // Ультразвук и физико-химические свойства вещества.- Курск, 1980. Вып. 14. - С. 223-228.

62. Прохоренко, П.П. Об акустических свойствах магнитных феррожидкостей применительно к ультразвуковой дефектоскопии / П.П.Прохоренко, А.Р.Баев, Е.М.Серегин // Весц. АН БССР. 1983. -№1. - С. 88-92.

63. Мансуров, К.Х. Акустические свойства магнитных жидкостей / К.Х.Мансуров, В.В.Соколов // Магн. гидродинамика. 1987. - №1 -С. 63-66.

64. Полунин, В.М. Об упругих свойствах ферромагнитной жидкости /'

65. Прохоренко, П.П. Исследование акустических характеристик магнитных жидкостей / П.П.Прохоренко и др. // Весц. -АН БССР. -1981.-№5.-С. 88-90.

66. Дмитриев, И.Е. Изучение электромагнитных эффектов в магнитной жидкости / И.Е.Дмитриев, В.М.Полунин, Л.Н.Уколова // Тр. юбилейной научной конференции КГТУ. Курск, 1995. - Ч. 1. - С. 112-114.

67. Виноградов, А.Н. Акустические и физико-химические свойства магнитной жидкости / А.Н. Виноградов, и др. // Тез. докл. 5

68. Всесоюзн. конф. по магнитным жидкостям. М.: ИМ МГУ, 1988. - Т. 1. - С. 57-58.

69. Лукьянов, А.Е. Акустическая спектроскопия магнитных жидкостей / А.Е.Лукьянов, и др. // 11-е Рижское совещание по магнитной гидродинамике. 3. Магнитные жидкости: тез. док. — Саласпилс: ИФ АН, Латв.ССР, 1984. С. 47-50.'

70. Chung, D.Y. Ultrasonic velocity anisotropy in ferrofluids under the influence of-a magnetic field7 D.Y. Chung, W.E. Isler // J. Appl. Phys. -1978. V.49. -№ 3. -P.l809-1811.

71. Chung, D.Y. Sound velocity measurements in magnetic fluids / D.Y. Chung, W.E. Isler//Physics letters. 1977. - V. 61 A. - №6. - P. 373-374.

72. Kaiser, R. Magnetic properties of stable dispersions of subdomain magnetic particles / R. Kaiser // J. Appl. Phys. 1970. - V. 41. - P. 10641072.

73. Chung, D.Y. Magnetic field dependence of ultrasonic response times in. ferrofluids / D.Y. Chung, W.E. Isler // IEEE Trans. Magn. 1978. - V.14. -№5.-P. 984-986.

74. Narasimham, A.V. Direct observation of ultrasorelaxation times inferrofluids under the action a magnetic field / A.V.Narasimham // J. Appl.

75. Phys. 1981. - V. 19. - P. 1094-1097.

76. Игнатенко, H.M. Влияние внешнего магнитного поля на скорость распространения ультразвуковых волн» в магнитной жидкости /' Н.М.Игнатенко, А.А.Родионов, В.М.Полунин, и др. // Известия вузов. Сер. Физика. 1983. - №4. - С. 65-69.

77. Полунин, В.М. О зависимости скорости звука в магнитной жидкости от напряженности магнитного поля и частоты колебаний / В.М.Полунин, Л.И.Рослякова //Магн. гидродинамика. 1985. - №4. - С. 59-65.

78. Полунин, В.М. Влияние магнитного поля на структурные изменения и упругие свойства некоторых магнитных жидкостей / В.М.Полунин,

79. B.А.Зрайченко, Л.И.Рослякова // Магн. гидродинамика. 1987. - № 2.1. C. 139-141.

80. Полунин, В.М. Модуляция ультразвукового импульса намагниченным магнитным коллоидом / В.М. Полунин, А.В. Карелин // Акустический журнал. 2003. - Т.49. - №5. - С. 711-713.

81. Karelin, A.V. Self — modulation of ultrasonic pulse in a magnetic fluid /

82. A.V.Karelin, V.M.Polunin, M.V.Chistyakov // Magnetohidrodynamics. -2004. V. 40. - № 2. - P. 161-166.83 .Максимов, Г.А. Распространение короткого импульса в среде с резонансной- релаксацией. Точное решение / Г.А.Максимов,

83. B.А.Ларичев // Акуст. журн. 2003. - Т. 49. - № 5. - С. 656-666.

84. Виноградов, А.Н. Распространение ультразвука в полидисперсных магнитных жидкостях / А.Н. Виноградов // Вестн. Моск. ун-та. Сер. Химия. 1999. - Т. 40. - № 2. - С. 90-93.

85. Kudelcik, J. Acoustic spectroscopy of magnetic .fluid based on transformer oil / J.Kudelcik, P.Bury, V.Zavisova, M.Timko, P.Kopcansky // Acta electrotechnica et informatica. 2010. - V. 10. - N. 3 - P. 90-92.

86. Родионов, A.A. О поглощении, связанном с процессами обратимых вращений в магнитной жидкости / А.А.Родионов, Н.М.Игнатенко // Изв. вузов. Сер. Физика. 1997. - №7. - С.14-17.

87. Гогосов, В.В. Распространение ультразвука в магнитной жидкости /

88. B.В.Гогосов, С.И.Мартынов, С.Н.Цуриков, и др. // Магн. гидродинамика. - 1987. - № 3. - С. 15-21.

89. Ряполов, П.А. Исследование нанодисперсной фазы магнитных жидкостей на основе акустомагнитного эффекта : автореф. дис. . канд. физ-мат. наук / П.А.Ряполов. Курск, изд-во КГТУ, 2010.

90. Емельянов, С.Г. Об оценке физических параметров магнитных наночастиц / С.Г.Емельянов, В.М.Полунин, П.А.Ряполов, и др. // Акуст. журн. 2010. - Т. 56. - №3. - С 316-322.

91. Kobelev, N.S. Оп the estimation of physical parameters of magnetic nanoparticles in magnetic fluid / N.S.Kobelev, V.M.Polunin, P.A.Ryapolov, и др. // Magnetohydrodynamics. 2010. - V.46. - N.l. - P. 31-40.

92. Полунин, B.M. Акустоструктурный анализ нанодисперсной магнитной жидкости / В.М.Полунин, П.А.Ряполов, А.М.Стороженко, и др. // Известия высших учебных заведений. Секция физика. 2011. - № 1.1. C. 10-15.

93. Skumiel, A. Magnetic and acoustic properties of water-based ferrofluids / A. Skumiel // Molecular and Quantum Acoustics. 2003. - V.24. - P. 149-160.

94. Кольцова, И.С. Распространение ультразвуковых волн в гетерогенных средах / И.С.Кольцова. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2007. - 247 с.

95. Полунин, В.М. Акустическое исследование структуры реальных магнитных жидкостей / В.М.Полунин, и др. // Сб. науч. тр. 12-й Междунар. Плесской конф. по магнитным жидкостям. Иваново: ИГЭУ, 2006. - С. 68-75.

96. Badescu, R. Viscous and thermal effects on acoustic properties of ferrofluids with aggregates / R.Badescu, G.Apreotesei, V.Badescu // Rom. * Journ. Phys. 2010. - V. 55. - N 1-2. - P. 173-184.

97. Баев, A.P. Физические основы и принципы применения магнитных жидкостей в технической акустике и неразрушающем контроле / А.Р.Баев, П.П.Прохоренко // Новые «интеллектуальные» материалы: матер, конф. Минск: УП «Технопринт», 2001. - С. 141-151.

98. Клеман, М. Основы физики, частично упорядоченных сред / М.Клеман, О.Д.Лаврентович. М.: Физматлит, 2007. - 680 с.

99. Золотухин, И.В. Новые направления физического материаловедения. Учебное пособие / И.В.Золотухин, Ю.Е.Калинин, О.В.Стогней, Б.М.Даринский. Воронеж: ВГУ, 2000. - 360 с.

100. Суздалев, И.П. Нанотехнология: Физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. / И.П.Суздалев. М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009. - 592 с.

101. Гусев, А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии / А.И.Гусев. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. - 416 с.

102. Zielinski, В. Determination of magnetic particle size using ultrasonic, magnetic and atomic force microscopy methods / B.Zielinski, A.Skumiel, A.Jozefczak, и др. // Molecular and Quantum Acoustics. 2005. - V. 26. -P. 309-316.

103. Rasa, M. B. Atomic force microscopy and magnetic force Microscopy * study of model colloids / M. B. Rasa, W. M. Kuipers, A. P. Philipse // Journal of Colloid and Interface Science. 2002. — V. 250. — P. 303—315.

104. Полунин, В• М; Акустометрия; нанодисперсной фазы магнитной , жидкости / В.М.Полунин, А.М.Стороженко, П.А.Ряполов, и: др. // Нанотехника. 2011.- №2 (26). - С.64-69.

105. Полунин, В.М. Исследование распределения магнитных: . наночастиц; акустомагнитным методом, / В.М.Полунин, Г.Т.Сычев,

106. П.А.Ряполов, и др. // Управляемые; вибрационные;; технологии* и машины: сб. науч. ст: Курск: Курск, гос. техн., ун-т, 2010. - Ч.1.-С. 312-318. .

107. A.M. Стороженко, П.А. Ряполов // Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук: груды 53-й научной конференции МФТИ; - М^: МФТЩ2010. - С. 151-153. ,

108. Николаев, В.И. О: тепловом . расширении наночастиц /

109. B.И.Николаев, А.М.Шипилин // ФТТ. 2000; - Т.42. - Вып.-1. - С. 109110. :

110. Волькенштейн, B.C. Сборник задач по общему курсу физики: Учебное пособие / В.С.Волькенпггейн. — 11-е изд., перераб. М.: Наука, Главная редакция;физико-математической;литературы: - 1985.

111. Кикоин, К. Таблицы физических величин. Справочник / К.Кикоин. М.: Атомиздат, 1976.

112. Odenbach, S. Colloidal magnetic fluids: basics, development and application of ferrofluids / S.Odenbach. Lect. Notes Phys. - Berlin: Springer, 2009. - 430 p.

113. Ландау, Л.Д. Электродинамика сплошных сред / Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц. М.: Наука, 1982. - 622 с.

114. Дмитриев, С.П. Скорость звука в магнитных жидкостях при высоких давлениях / С.П.Дмитриев, В.В.Соколов // Матер. 3 Всесоюзн. школы-семинара по магнитным жидкостям, Плес, 1983. М.: ИМ МГУ, 1983. - С. 86-87.