Феррожидкости

С. Феррожидкости. Феррожидкости [40[ весьма перспективны для использования в качестве высокоэффективных теплоносителей. Специфическая температурная зависимость намагниченности благоприятствует хорошему их перемешиванию даже в отсутствие сил тяжести, поскольку на неодинаково нагретые объемы жидкости со стороны внешнего магнитного поля действуют различные силы. За счет неоднородных магнитных полей удается частично или полностью компенсировать силу тяжести в земных условиях, искусственно создавая в неизотермической среде ту или иную степень невесомости. [c.187]

Отработанную феррожидкость после специальной обработки можно снова использовать для очистки вод. Соотношение используемой феррожидкости и нефтепродуктов составляет примерно 1 5, [c.38]

Требования к устойчивости дисперсных систем могут быть различны. Часто необходима предельно высокая устойчивость дисперсных систем (напримф, феррожидкостей, многие из которьгх эксплуатируются без замены десятки лет), в других случаях устойчивость нежелательна (загрязнения воды и воздуха дисперсными частицами), иногда необходим оптимальный уровень устойчивости (при формовании изделий из дисперсных составов). Иначе говоря, устойчивость дисперсных систем должна быть управляемой и поддающейся регулированию доступными средствами в соответствии с функциональной ролью системы. [c.625]

Размер частиц в феррожидкостях, а с ним и уровень их магнитного взаимодействия, на много порядков меньше, чем в суспензиях. Это и обеспечивает возможность существования устойчивой однородной взвеси магнитных частиц, но сильно осложняет количественное описание всех эффектов, связанных с взаимодействием частиц. Качественно же сохраняются все упомянутые выше структурные особенности и их зависимость от соотношения напряженностей внешнего и локального полей. [c.662]

В предельном случае — при воздействии на дисперсную систему сильных внешних полей — частицы объединяются в длинные, параллельные полю цепи. Цепи в феррожидкостях отличаются от цепей в суспензиях тем, что в феррожидкостях расстояние между соседними по цепи частицами может быть существенно больше диаметра частиц. Обусловлено это несопоставимо разным вкладом толщины защитной оболочки в равновесные расстояния между соседними частицами цепи в золях (феррожидкостях) и в суспензиях. Защитные оболочки имеют примерно одну и ту же толщину и на частицах феррожидкости, и на частицах суспензии, но в золях она сравнима с размером частиц, а иногда и больше его, а в суспензиях пренебрежимо мала по сравнению с размером частиц. Это и приводит к указанному различию в расположении частиц в цепях феррожидкостей и суспензий. Оно влечет за собой соответствующее различие в напряженности локальных полей, создаваемых на каждой частице ее соседями по цепи, а следовательно, к различию в прочности цепей и их способности неограниченно расти с увеличением напряженности поля, концентрации частиц и времени. [c.664]

Воздействием внешнего поля можно не только устранить вращение частиц в потоке, но и ускорить его (по сравнению со свободным вращением) наложением вращающегося поля подходящей частоты и направления вращения. Если вращение поля направлено в ту же сторону, что и вращение частиц под действием сдвигового течения среды, и имеет большую скорость, чем скорость свободного вращения частиц в потоке, то поле уменьшит гидродинамическое сопротивление частиц потоку и приведет к снижению вязкости по сравнению с ее значением вне поля. В предельном случае сильного высокочастотного поля эффект может выразиться в том, что вращательная часть коэффициента а станет отрицательной и равной 3. Формально это значит, что вязкость станет отрицательной — суспензия может течь в отсутствие внешнего деформирующего усилия, и даже в направлении, обратном направлению нормального течения при действии такого усилия. Этот эффект очень просто демонстрируется с помощью стакана с магнитной суспензией или феррожидкостью, помещенного во вращающееся магнитное поле, например в статор трехфазного электродвигателя вместо его ротора. [c.688]

Феррожидкости. Получение и свойства [c.753]

Феррожидкости (магнитные жидкости) — это техническое название концентрированных устойчивых коллоидных растворов ферромагнитных материалов. Сам факт появления такого названия говорит о том, что коллоидные ферромагнетики представляют практический интерес. Причина такого интереса понятна — феррожидкости соединяют в себе свойства двух важнейших для техники типов материалов — жидкостей и ферромагнетиков. Это позволяет создавать новые по принципам действия и назначению устройства, по-новому решать многие традиционные задачи машино- и приборостроения, технологии, медицины и т. д. [c.753]

С точки зрения коллоидно-химической науки уникальность феррожидкостей в том, что они дают принципиально новые возможности исследования устойчивости коллоидов, связи между силами взаимодействия частиц и свойствами дисперсных систем, закономерностей зарождения и укрупнения коллоидных частиц [8]. [c.754]

Феррожидкости являются на сегодняшний день самой яркой иллюстрацией возможностей коллоидной химии в области создания материалов с уникальными свойствами. Напомним, что эти возможности основаны на способности коллоидно-растворенного материала сохранять физические свойства, присущие ему в монолитном состоянии. [c.754]

В феррожидкости, как и в любой другой текучей среде, энергия взаимодействия частиц должна быть порядка кТ или ниже. Если частицы взаимодействуют сильнее, то это ведет к сильному структурированию взвеси и ее превращению в пасту. Без особых проблем получаются магнитные пастообразные (тиксотропные) суспензии железа с концентрацией последнего около 50 об. % и соответствующими магнитными свойствами. Однако такие системы (суспензии карбонильного железа) в магнитном поле полностью теряют текучесть — они затвердевают, оставаясь подвижными вне магнитного поля. Таким образом, если требовать, чтобы феррожидкость оставалась жидкостью в любом случае, даже в сильном магнитном поле, то энергию взаимодействия магнитных диполей т частиц в ней следует ограничить величиной порядка кТ. Это и есть то самое равное для всех жидкостей условие, которое упоминалось выше. [c.754]

Влияние размера частиц на предельно возможную концентрацию феррожидкости при "к = 0,5 [c.755]

Еще до создания феррожидкостей при изучении тонких магнитных пленок было установлено, что их поверхностный слой является немагнитным. Оценки толщины этого слоя дают разные величины, что связано с влиянием технологии получения пленок на толщину немагнитного слоя. Можно предполагать, что она равна толщине мономолекулярного слоя соответствующего магнитного вещества. Тогда для магнетита она будет равна 0,4 и для железа 0,2 нм. В сумме этот [c.755]

Приготовление магнетитовых феррожидкостей [c.755]

Недостаток феррожидкости, получаемой указанным способом, в том, что она химически не стабильна. В ней постепенно (дни, недели) происходит окисление магнетита до оксида железа(1П), цвет раствора изменяется до желтого, магнитные свойства могут и не ослабевать, но частицы, видимо, укрупняются. По этой причине приготовление феррожидкости следует проводить в максимально сжатые сроки, а жидкость хранить в герметичной таре. Поскольку жидкость содержит соляную кислоту, то она химически не пассивна. Тем не менее, именно на феррожидкостях этого состава впервые были установлены их фундаментальные свойства. [c.756]

Химическая устойчивость и пассивность феррожидкостей на основе неполярных дисперсионных сред несравненно выще. Жидкости на основе керосина хранятся десятилетиями без видимых изменений свойств. В то же время в некоторых индивидуальных углеводородах происходят нежелательные изменения. Особенно отчетливо они наблюдаются в растворах олеиновой кислоты в октане при его хранении на свету происходит полимеризация олеиновой кислоты на стенках колбы [48]. [c.756]

Первоначально технология [7] получения феррожидкостей на основе углеводородов использовала метод замены растворителя. После промывки осадка магнетита от маточного раствора водой следовала промывка от воды каким-либо полярным растворителем (например, ацетоном или этиловым спиртом), который хорошо смешивается и с водой, и с неполярными средами. После удаления воды следовала промывка от полярного растворителя с помощью летучего неполярного растворителя (бензол, гептан и др.) и пептизация осадка в растворе олеиновой кислоты в подходящей дисперсионной среде, например в керосине, при перемешивании и нагревании смеси магнетита и раствора [c.756]

Поскольку взаимодействие типа кислота—основание (роль последнего играет гидратированная поверхность магнетита) легче всего осуществляется по ионообменному механизму, то необходимы условия для диссоциации реагентов, что и обеспечивается присутствием воды на поверхности частиц. Отсюда следует, что полное обезвоживание при промывке и пептизации нежелательно, однако критерии, определяющие оптимальную влажность феррожидкости, отсутствуют. Ряд свойств и явлений указывает на то, что влажность влияет на свойства феррожидкостей. [c.757]

Промышленный способ приготовления углеводородных феррожидкостей не может быть основан на замене растворителей, так как он связан со значительным их расходом и неприемлем экологически. [c.757]

Прежде всего, оказывается, что намагниченность насыщения магнетитовой феррожидкости примерно вдвое меньше ожидаемой величины при данной концентрации магнетита в феррожидкости. Последняя легко контролируется выпариванием феррожидкости и взвешиванием прокаленного осадка. Наблюдаемый дефицит намагниченности вполне объясняется тем, что поверхностный слой магнетита теряет магнитные свойства. Для уменьшения доли магнитной фазы магнетита до 50 % достаточно, чтобы толщина немагнитного слоя магнетита составила 1/5 от радиуса частицы. Именно такой порядок величин радиуса частиц и толщины немагнитного слоя характерен для частиц магнетитовых феррожидкостей, расчетные характеристики которых приведены в табл. 3.1. Толщина немагнитного слоя дисперсной фазы увеличивается при адсорбции на магнетите олеиновой кислоты из углеводородной среды. Это доказывает химический характер ее адсорбционного взаимодействия с магнетитом [48]. [c.757]

В слабых полях намагниченность (см. подраздел 3.9.4) монодисперсной феррожидкости [c.758]

В сильном магнитном поле намагниченность монодисперсной феррожидкости [c.758]

Ну, а дальше — всевозможные добавки, отзывчивые к действию магнитного или электрического полей, и вода становится водой , приобретая новые свойства и функции. Скажем, по а. с. 931959 шланг, заполненный феррожидкостью, используют как рабочий орган насоса. А плоскую гибкую оболочку, заполненную электрорео-логической жидкостью,— как щит опалубки (а. с. 883524). Вода и кирпич постепенно сближаются по устройству и свойствам. Трудно, например, сказать, чего больше — кирпича или воды — в структуре по а. с. 934143 Шланг, содержащий внутренний и наружный слой, между которыми расположены слои электропроводных нитей, разделенных между собой слоем гибкого изоляционного материала, отличающийся тем, что, с целью возможности управления жесткостью, гибкий изолирующий материал выполнен пористым и пропитан электрореологической суспензией . [c.117]

Бибик Е. Е. Некоторые эффекты взаимодействия частиц при течении феррожидкостей в магнитном поле. — Магиитная гидродинамика, 1973, № 3, с. 25—32. [c.186]

Магшггореологич. феррожидкости могут содержать частицы коллоидных размеров или быть грубодисперсными суспензий ш, в к-рых твердая фаза-частица карбонильного железа, электролитич. или карбонильного никеля в различных, преим. орг., средах. Коллоидные феррожидкости характеризуются плавным переходом в область нелинейной вязкоупругости (магнитолгягкне жидкости), суспензии обнаруживают под действием магн. поля резкое увеличение вязкости, предельного напряжения сдвига, модуля упругости (магннтожесткяе жидкосги). [c.250]

Очистка поверхности воды, например акватории порта, от загрязнения нефтепродуктами заключаётся в- нанесении на поверхность воды слоя углеводородной феррожидкости на основе керосина, которая растворяет плавающую на поверхности нефть. После этого растворенная в феррожидкости нефть собирается с помощью магнитного устройства. [c.38]

Уравнение (3.2.9) справедливо и в отношении молекул ПАВ, но тогда величина Ш имеет смысл преимущественного сродства ПАВ к одному из растворителей. Формально оно применимо и к границе между жидкостью и газом, хотя говорить о равновесной коьщентра-ции частиц в газовой фазе не принято. Фактически лиофобные частицы (или молекулы нелетучего вещества) при этом скапливаются на поверхности жидкости, плавают по ней. Технологическая практика широко использует регулирование смачиваемости частиц с помощью явления адсорбции ПАВ, в том числе при флотационном обогащении ископаемых, в производстве красок, феррожидкостей и т. д. [c.563]

При размере частиц 1 мкм и более такие цепочки видны невооруженным глазом и поэтому визуализируют картину пространственного распределения поля. Простой опыт с железными опилками, рассыпанными по листу бумаги, и постоянным магнитом является хорошей демонстрацией этого эффекта. В однородном поле взвесь магнитных частиц образует систему параллельных цепей, которые могут иметь неограниченную длину. При размере частиц около 1 мкм невозможно приготовить устойчивый коллоидный раствор ферромагнетика из-за очень сильного магнитного дипольного взаимодействия частиц и быстрой коагуляции взвеси. Между тем представлялось очень заманчивым получить раствор, который обладал бы сильными магнитными свойствами и в то же время вел себя как однородная жидкость. Эта задача была решена в 1962 году в Технологическом институте (Санкт-Петербург). Здесь же к 1964 году были изучены и описаны основные свойства таких жидкостей — концентрированных коллоидных растворов магнетита. Позднее они получили название феррожидкостей и стали материальной основой, по крайней мере, двух новых направлений в науке и технике физики магнитных жидкостей и феррогид-родршамики. [c.661]

Размер частиц, при котором это условие выполняется, сильно зависит, согласно формуле (3.9.77), от намагниченности насыщения ферромагнитной фазы. Для магнетита и многих ферритов М = 4,7 10 А/м. Оценка радиуса частиц а по формуле (3.9.77) дает при этих условиях а < 5 нм. Действительный размер частиц магнетита в феррожидкостях близок к указанной величине. Что касается другого безразмерного параметра — аргумента функции Ланжевена = [ отпНе / кТ во внешнем поле, то он может расти неограниченно с увелтением напряженности поля Я приближая намагниченность феррожидкости к намагниченности насыщения. Этот же параметр, а следовательно, напряженность поля, определяет характер и силу взаимодействия частиц между собой. [c.662]

Из сравнения формул (3.9.80) и (3.9.83) следует, что увеличение напряженности внешнего поля увеличивает энергию дипольного взаимодействия частиц на несколько порядков и изменяет структуру агрегатов, которые могут возникать при магнитном слипании частиц. В отсутствие внешнего поля это произвольно ориентированные флокулы, внутри которых несколько преобладает антипараллельная ориентация соседних диполей, а в сильном внешнем поле — это линейные цепочки, намагниченные вдоль их оси и вытянутые параллельно внешнему полю. Эти изменения сказываются на магнитной восприимчивости феррожидкости качественно, так же как и при коагуляции крупных однодоменных частиц в магнитных суспензиях, но в гораздо меньшей степени. [c.662]

Величина этого эффекта в феррожидкостях мала, и поэтому его можно обнаружить только при дифференциальном способе измерения намагниченности. Измерения проводятся одновременно на двух образцах раствора в двух идентичных измерительных ячейках. Ячейки электрически соединены так, что дают сигнал, пропорциональный разности намагниченности двух образцов раствора. Один из них принимается за эталон, а второй модифицируется тем иди иным способом, например введением коагулятора. Таким образом, удается с высокой точностью зарегистрировать изменения намагниченности под влиянием коагулятора или любого иного модификатора свойств жидкости (рис. 3.72). При намагничивании устойчивого коллоидного раствора магнитного материала единственно возможный вид структурирования — это образование цепей, что ведет к увеличению его намагниченности по сравнению с намагниченностью неструктурированного раствора. Этот эффект тем больше, чем меньше расстояние между соседними частицами цепи. Поэтому при уменьшении толщины защитной оболочки на частицах он будет усиливаться, что и наблюдается при небольшом увеличении концентрации электролита в растворе (рис. 3.72). Значительное увеличение концентрации электролита уменьшает толщину защитных оболочек настолько, что коллоидные частицы слипаются еще до воздействия магнитного поля. Внутри образующихся флокул магнитные моменты частиц ориентируются так, чтобы магнитный поток замыкался внутри флокулы, и тогда локальные поля соседних частиц имеют случайное направление по отношению к направлению намагничивающего поля и, следовательно, препятствуют намагничиванию флокул и раствора в целом. На дифференциальных кривых намагничивания это проявляется в виде ухода кривой под ось абсцисс (рис. 3.72). С увеличением концентрации электролита толщина оболочек становится меньше, локальные поля во флокулах усиливаются, и поэтому эффект снижения намагниченности становится больше. [c.665]

Характер наблюдаемых изменений позволяет понять их причину. Прежде всего, необходимо обратить внимание на принципиально иной, по сравнению с феррожидкостями, характер зависимости намагниченности суспензий от напряженности поля — наличие гистерезиса. Гистерезис — это несовпадение зависимостей свойства (намагниченности) от параметра состояния (напряженности поля), получаемых при увеличении и при уменьшении значения параметра состояния. Гисте-резис намагниченности наглядно представляется в виде петли гистерезиса (рис. 3.73). Намагничивание суспензии однодоменных частиц магнитно-жесткого материала при напряженности магнитного поля меньшей, чем коэрцитивная сила частиц, возможно только путем механического поворота частиц в магнитном поле достаточно большой напряженности Я. Она должна быть такой, чтобы крутящий момент [тН], действующий на частицу со стороны магнитного поля, превысил момент [c.665]

Цепочечная структура в большей степени характерна для равновесного состояния суспензий и феррожидкостей в достаточно сильном магнрггном поле. В то же время представляет интерес начальная стадия развития процесса структурирования, когда частицы успевают лишь слегка отклониться от своего в среднем равномерного распределения в среде. Это происходит при действии на дисперсную систему кратковременных импульсов поля или высокочастотного переменного поля. [c.667]

Таким образом, восприимчивость феррожидкостей, суспензий и магнитнонаполненных материалов в общем случае сложным образом изменяется с увеличением напряженности магнитного поля. Их начальная восприимчивость (при напряженности внешнего по.чя близкой к нулю) может оказаться в зависимости от ориентации локальных полей и больше, и меньше к.пасси-ческой величины. В сильном магнитном поле вклад локальных полей мал, и поэтому магнитная восприимчивость феррожидкости, которой отвечает формула (3.9.104), мало отличается от ее классической величины [c.667]

Совокупность рассмотренных ранее закономерностей (относящихся к доменной структуре дисперсных магнетиков, влиянию размера частиц на их устойчивость к оседанию и коагуляции под воздействием маг-нитно-дипольных сил и к технике получения частиц малых размеров) с определенностью указывает на то, что магнитные частицы феррожидкости должны иметь размер нанометрового диапазона и, следовательно, технология их получения должна основываться на конденсационных методах. Что касается выбора подходящего магнитного материала для производства магнитных жидкостей, то для этого имеется только один критерий— удобство получения частиц малого размера. И дело здесь не в том, что отдается предпочтение технологичности и доступности продукта, а в наличии ограничений принципиального характера. [c.754]

Казалось бы, чем сильнее магнетик, используемый для приготовления коллоидного раствора, тем сильнее будут и магнитные свойства этого раствора при прочих равных условиях. Вся подоплека заключается именно в том, что следует подразумевать под прочими равными условиями . Для наглядности будем иметь в виду типичные магнитные вещества железо (намагниченность насыщения 1700 кАУм) и магнетит (намагниченность насыщения 470 кА/м). По силе (намагниченности насыщения) они отличаются почти в четыре раза. Сразу же заметим, что рекордная по силе феррожидкость — [c.754]

Защитная оболочка предназначена и для предотвращения обычной коагуляции частиц, обусловленной действием поверхностных сил, и многое определяется ее эффективностью именно в этом аспекте. Типичным представителем эффективных стабилизаторов является олеиновая кислота в неполярных средах и олеат натрия— в водных феррожидкостях. Олеиновая кислота образует в углеводородной среде защитную оболочку толщиной около 2 10 м. Она может обеспечить намагниченность феррожидкости около 150кА/м на магнетите и около 260 кА/м на железе (см. табл. 3.1). В действительности, как отмечалось выще, достигнута в полтора раза меньщая намагниченность на магнетите, а коллоидные растворы железа пока несопоставимо слабее по магнитньш свойствам. Последнее связано с отсутствием достаточно управляемых методов получения частиц железа требуемого размера непосредственно в жидкой среде. Что касается причины различия теоретического и фактического пределов намагниченности магнетитовых жидкостей, то ее можно считать установленной. [c.755]

Основное достоинство описанного способа получения феррожидкости в его экспрессности, доступности и отсутствии специфических требований к условиям проведения процесса. Следует лищь иметь в виду, что концентрированный раствор щелочи опасен, и необходимо исключить его попадание на тело и особенно в глаза. То же самое, хотя и в меньщей мере, относится к смеси [c.756]

Возможно, что основную роль в этом процессе играют примеси линолевой и линоленовой кислот, имеющих соответственно две и три двойных связи в своей углеводородной цепи. В растворах ароматических углеводородов признаков ухудшения качества феррожидкостей не наблюдалось. Кроме химической инертности феррожидкости на основе углеводородов могут иметь существенно большую намагниченность, чем жидкости на водной основе. Объясняется это тем, что только в неполярной среде на поверхности частиц можно гарантированно создавать защитные слои, толщина которых не превышает размера молекул поверхностно-активного вещества. В полярных же средах всегда сохраняется опасность возникновения неконтролируемого заряда частиц и появления излишне дальнодейст-вующих сил их отталкивания, которые ограничивают максимально возможную концентрацию частиц. В истории коллоидной химии еще не было случая, когда излишне большая величина сил отталкивания частиц оказывалась нежелательной. [c.756]

Современная технология производства феррожидкостей использует экстракцию частиц магнетита углеводородной средой после их градрофобизацни адсорбционным слоем олеиновой кислоты. Для этого после одно- или двукратной промывки осадка от маточного раствора к водной суспензии магнетита добавляют углеводородный раствор пептизатора (олеиновой кислоты) и все это перемешивают при нагревании. В смеси последовательно протекают следующие процессы. 1) адсорбция олеиновой кислоты на границе двух растворов 2) взаимодействие адсорбированных молекул кислоты со щелочным водным раствором и образование водорастворимых солей (мыл) олеиновой кислоты 3) десорбция мыл в водную фазу, их хемосорбция на частицах магнетита и гидрофобизация частиц 4) взаимодействие адсорбционного слоя олеиновой кислоты непосредственно с частицами магнетита и их гидрофобизация 5) переход гидрофобизованных частиц магнетита в углеводородную среду с образованием устойчивого коллоидного раствора. Магнетит полностью переходит из водной среды в углеводородную. Процесс экстракции может сопровождаться взаимным эмульгированием двух растворов, что делает необходимой последующую осушку феррожидкости (выпаривание воды). [c.757]

В общих чертах намагничивание феррожидкостей описывается уравнением Ланжевена (см. подразделы 3.9.3-3.9.5) с типичной для суперпарамагнетиков высокой магнитной восприимчивостью. Имеются, однако, важные детали различной степени сложности и значимости, которые и будут обсуждаться далее. [c.757]

Вторая важная особенность суперпарамагнитных феррожидкостей по сравнению с классическими парамагнитными растворами обусловлена полидисперсностью носителей магнетизма — частиц магнетита. Выше уже отмечалось, что изменение размера частиц всего лишь на 1/5 ведет к изменению магнитного момента частиц почти в два раза и, соответственно, намагниченности насыщения при фиксированной концентрации частиц. Однако если фиксировать концентрацию магнитной фазы, то намагниченность насыщения феррожидкости не будет зависеть от размера частиц. При постоянстве намагниченности насыщения, т. е. концентрации магнитной фазы, начальная магнитная восприимчивость увеличивается пропорционально величине магнитного момента частиц (см. подраздел 3.9.4), поэтому она сильно зависит от гранулометрического состава дисперсной фазы, и последний может исследоваться магнитометрически. Достаточно просто можно оценить диапазон размеров частиц реальной феррожидкости. Такая возможность основана на различии вклада в намагниченность крупных и мелких частиц в слабых и сильных магнитных полях. [c.758]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология