Что такое магнитная жидкость
Перейти к содержимому

Что такое магнитная жидкость

  • автор:

Что такое магнитная жидкость

15 интересных фактов о магнитных жидкостях

Впервые разработанные НАСА для космической программы магнитные жидкости нашли свое место во многих аспектах современного мира. От использования в музыкальных клипах до акустических систем и МРТ-сканирования — магнитные жидкости сегодня повсюду вокруг нас.

Здесь мы рассмотрим, что они из себя представляют, как они работают.

Что такое магнитная жидкость?

Магнитные жидкости, согласно науке являются: «Коллоидные системы, состоящие из однодоменных магнитных наночастиц, диспергированных в жидкости-носителе, являются удобными модельными системами для исследования фундаментальных свойств магнитных наночастичных систем.» Эти жидкости, как правило, остаются в жидком состоянии, даже когда они контролируются, перемещаются или кинетически взаимодействуют с магнитным полем.

Традиционные методы приготовления магнитных жидкостей включают длительное измельчение магнитного материала стальными шариками в течение нескольких недель в среде-носителе, содержащей диспергирующий агент. В этих методах измельчения олеиновую кислоту обычно использовали для стабилизации дисперсий в керосине и других углеводородных дисперсионных средах. Эти жидкости не существуют в природе и впервые были созданы в середине 1960-х — 1970-х годов. Раннее приготовление этих странных материалов было довольно дорогостоящим и стоило около 85 долларов за мл. Эта высокая стоимость изначально сдерживала применение материала в материаловедении и минералогии. Но позже исследования, проведенные Горным бюро США с использованием магнетита в керосиновой суспензии, снизили цену около $1 за литр.

Один из примеров называется феррофлюид или ферромагнитная жидкость. Эта магнитная жидкость становится сильно намагниченной в присутствии магнитного поля и была впервые разработана НАСА в начале 1960-х годов. Он был разработан для поиска способа перемещения жидкого ракетного топлива на входе насоса в условиях низкой гравитации или невесомости.

Магнитные жидкости, например, феррожидкости, как правило, состоят из наноразмерных частиц, каждая из которых обычно покрывается поверхностно-активным веществом, чтобы предотвратить их скопление. Феррожидкости обычно теряют индуцированный магнетизм при удалении из внешнего магнитного поля. По этой причине они классифицируются как «суперпарамагниты». Однако в 2019 году команде исследователей из Массачусетского университета и Пекинского университета химических технологий удалось создать магнитную жидкость, которая может оставаться постоянно намагниченной. Этот прорыв бросил вызов устоявшейся вере в то, что только плотные твердые частицы с фиксированной формой способны на это свойство.

Как работают ферромагнитные жидкости?

Феррожидкости, как мы видели, содержат мельчайшие частицы окиси железа. Когда магнит притягивается близко к жидкости, эти частицы притягиваются к ней. Это обычно приводит к тому, что жидкость создает удивительные выглядящие иглы или шипы. Причина этого кроется в сложном взаимодействии различных сил. Частицы оксида железа притягиваются к магнитному полю, а также само магнитное поле притягивается к жидкости.

Частицы и масло работают вместе как единое целое благодаря наличию поверхностно-активного вещества. Один конец поверхностно-активного вещества плотно прилегает к частицам оксида железа, а другой также удерживает масло. Это предотвращает скопление и отделение частиц оксида железа от масляного носителя — как вы могли бы увидеть, если бы просто смешали частицы масла и частицы оксида железа. Из-за этого феррожидкость в целом направляется в концентрированные колонны. В то же время сила тяжести пытается оттянуть колонны вниз, в то время как поверхностное натяжение масла заставляет каждую колонку тянуть себя, создавая характерные иглы жидкости.

Вы можете прикоснуться к феррожидкости?

Конечно, можете, но это не рекомендуется. Феррожидкость считается основным раздражителем кожи. Как только Вы касаетесь феррожидкости пальцем, жидкость быстро начинает перемещаться вверх по гребням пальца и вокруг ногтя.

Это не только выглядит неприглядно, но и может и будет раздражать вашу кожу. Она также может надолго оставить на коже пятно.

15 фактов о магнитных жидкостях

Итак, без лишних слов, вот 15 фактов о чудесных материалах, которые являются магнитными жидкостями. Этот список далеко не исчерпывающий и не имеет определенного порядка.

1. Магнитные жидкости, а именно феррожидкости, были разработаны в 1960-х годах Стивом Папелем из НАСА, чтобы помочь перемещать ракетное топливо в условиях микрогравитации.

2. Когда эти жидкости подвергаются воздействию магнитного поля, они имеют тенденцию образовывать характерные шипы или иголки.

3. Большинство магнитных жидкостей не остаются намагниченными в отсутствие внешнего магнитного поля.

4. Феррожидкости обладают сильной окрашивающей способностью и могут окрашивать кожу, стекло и даже керамические поверхности.

5. Настоящая феррожидкость остается стабильной в течение длительного периода времени. Это происходит потому, что содержащиеся в них твердые частицы не агломерируются и не отделяются под действием силы тяжести.

6. Феррожидкости в настоящее время исследуются для лечения опухолей. Идея состоит в том, чтобы ввести их в опухоль и разорвать их на части с помощью магнитных полей.

7. Есть надежда, что магнитные жидкости могут помочь в разработке умных жидкостей в будущем. Такие жидкости могут изменять состояние между твердым и жидким по команде.

8. Некоторые феррожидкости были использованы в системах подвески автомобилей. Изменяя электрический ток через них, жидкость регулирует жесткость подвески в зависимости от условий вождения.

9. Магнитные жидкости становятся все более популярными в качестве художественной среды. В некоторых художественных и научных музеях есть специальные экспонаты, посвященные этим удивительным жидкостям.

10. Возможно, Вы также заметили феррожидкости более чем в нескольких музыкальных клипах. Например, группа Pendulum использовала феррожидкость для музыкального клипа к треку «Акварель».

11. Типичная феррожидкость состоит из 5% магнитных твердых тел, 10% поверхностно-активных веществ и 85% несущей жидкости.

12. Поверхностно-активные вещества имеют жизненно важное значение для феррожидкостей, поскольку они снижают поверхностное натяжение между жидкими и твердыми компонентами. Обычно для этой цели используют олеиновую кислоту, гидроксид тетраметиламмония, лимонную кислоту или соевый лецитин.

13. НАСА также экспериментировало с текучими железными жидкостями в замкнутом контуре с электромагнитами в качестве системы контроля высоты.

14. Магнитные жидкости, такие как феррожидкости, сегодня используются в различных технологиях. Применяются в громкоговорителях, компьютерных жестких дисках, двигателях с вращающимся валом и в качестве контрастного вещества для МРТ.

15. Феррожидкости не следует путать с магнитореологическими жидкостями. Последний состоит из частиц микрометрового масштаба, которые со временем осядут под действием силы тяжести.

МАГНИТНАЯ ЖИДКОСТЬ

Удивительную жидкость, которая притягивается к магниту, образуя что-то вроде ежа, можно получить самостоятельно.

Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации

Строго говоря, к магнитному полю неравнодушны — притягиваются или отталкиваются — все вещества. Но на большинство оно действует настолько слабо, что это удается обнаружить только приборами. А можно ли усилить магнитные свойства материала? К примеру, инженеры давно мечтают о системах, которые позволили бы придать некоторым веществам или телам магнитные свойства, при этом абсолютно не разрушая их структуры и мало изменяя их исходные свойства. Наш рассказ о магнитных жидкостях.

Лет пятьдесят назад была запатентована оригинальная конструкция механической муфты — устройства для передачи вращения от одного вала к другому. Муфта содержала смесь железного порошка и масла. Под действием магнитного поля, создаваемого электрическим током, проходящим по катушке, жидкость «твердела», и тогда два вала начинали работать как единое целое. При отсутствии же поля крутящий момент не передавался. Все бы хорошо, не будь такая жидкость капризной: то в ней появлялись комки, то она вдруг не хотела твердеть. Потому магнитные порошковые муфты долго не находили применения (1).

Все изменилось, когда за дело взялись химики и создали устойчивые магнитные жидкости, обладающие хорошей текучестью. В них вводили столь мелкие магнитные частицы, что они никогда не оседали и не сбивались в комок.

Так что же это такое — магнитная жидкость?

Магнитные жидкости представляют собой коллоидные дисперсии магнитных материалов (ферромагнетиков: магнетита, ферритов) с частицами размером от 5 нанометров до 10 микрометров, стабилизированные в полярной (водной или спиртовой) и неполярной (углеводороды и силиконы) средах с помощью поверхностно-активных веществ или полимеров. Они сохраняют устойчивость в течение двух-пяти лет и обладают при этом хорошей текучестью в сочетании с магнитными свойствами (2).

Синтез магнитных жидкостей включает в себя стадии получения частиц очень малых размеров, их стабилизацию в соответствующей жидкости-носителе и испытание полученной дисперсии в гравитационном и магнитном полях.

Способов получения магнитных жидкостей много. Одни основаны на размельчении железа, никеля, кобальта до сотых долей микрона с помощью мельниц, дугового или искрового разряда, с применением сложной аппаратуры и ценой больших затрат труда. А поэтому мы предлагаем воспользоваться другим способом, который разработали отечественные ученые М. А. Лунина, Е. Е. Бибик и Н. П. Матусевич. Он подробно описан в конце статьи. А пока поговорим о вариантах практического применения магнитной жидкости.

Все они основаны на эффектах, которые никаким другим способом создать невозможно. Начнем с самого простого. Довольно часто разнообразные жидкости используются в технике для передачи силы или энергии. Например, ковш небольшого экскаватора приводится в действие давлением масла, поступающего в гидроцилиндры. Главные элементы гидравлической техники — краны, вентили, золотники и клапаны, способные в нужный момент прервать или, наоборот, разрешить течение жидкости. Хотя их делают уже давно, ни один кран надежным не назовешь: его детали подвержены износу. Магнитные жидкости могут перекрывать канал или регулировать расход жидкости, а также менять направление ее потока в трубопроводе (3).

В расширенную часть трубы при помощи внешнего магнита вводят и удерживают там магнитную жидкость. Она играет роль перекрывающего клапана: один канал закрыт, и жидкость по нему не протекает. Если с помощью магнита перевести магнитную жидкость в другой канал трубопровода и перекрыть его, освободится первый. Таким же образом можно регулировать поток жидкости в трубопроводе, предварительно установив на заданном участке трубы электромагнит и введя небольшое количество магнитной жидкости. Поскольку труба расположена вертикально, жидкая среда, накапливающаяся над магнитно-жидкостным клапаном, удерживается до определенного уровня. Как только он будет превышен, клапан под действием силы тяжести начнет отрываться и жидкость будет просачиваться вниз. Особенность устройства состоит в том, что после пробоя вниз проходит только избыточная часть жидкости, а определенный ее объем удерживается над клапаном.

А вот еще один вариант использования магнитных жидкостей. Инженеры считают, что автомобиль может обойтись без коробки передач, если на вал двигателя поставить маховик и кратковременно, сотни раз в секунду, подключать мотор к колесам. Однако все попытки создать такую систему (ее называют импульсной передачей) наталкивались на низкую долговечность переключающего устройства. Магнитно-жидкостные же муфты сцепления практически не изнашиваются и позволяют создать автомобиль с очень низким расходом топлива. Кроме того, магнитная жидкость на основе машинных масел или смазочно-охлаждающих материалов служит прекрасным герметизатором в различного рода уплотнениях, подшипниках трения и качения, сложных узлах станков и машин. Установленные по периметру уплотнения маленькие магниты не позволяют жидкости вытекать из зазора, и работоспособность устройства увеличивается в пять раз!

А преобразовать энергию колебательного движения в электрическую позволяет устройство, представляющее собой катушку, внутри которой находится ампула с магнитной жидкостью (4).

Малейший толчок или изменение наклона приводит к перетеканию жидкости, а значит, и к изменению магнитного потока. Катушка соединена с накопителем энергии (в данном случае — с конденсатором) через выпрямитель. Развиваемое напряжение зависит от числа витков катушки. Подобное устройство может снабжать энергией миниатюрный радиоприемник или электронные часы. Оно способно преобразовывать удары капель дождя по крыше в электрический ток и получать таким образом даровую энергию.

Явление плавания тяжелых тел под действием неоднородного магнитного поля, погруженных в магнитную жидкость, позволило использовать магнитные жидкости в горно-обогатительных процессах. Неоднородное магнитное поле приводит к уплотнению магнитной жидкости, вследствие чего всплывают немагнитные частицы высокой плотности — медные, свинцовые, золотые. Поскольку неоднородность магнитного поля легко изменять в широких пределах, можно заставить плавать частицы определенной плотности. Это стало основой для создания технологии магнитной сепарации руд по плотностям. Смесь частиц различной плотности падает на слой магнитной жидкости, висящий между полюсами электромагнита. Ток в электромагните можно подобрать так, чтобы легкие частицы смеси всплывали в магнитной жидкости, а тяжелые — тонули. Если установить полюса электромагнита наклонно, легкие частицы станут двигаться вдоль поверхности слоя и процесс разделения смеси станет непрерывным: тяжелые частицы провалятся сквозь слой магнитной жидкости и попадут в один приемник, а легкие частицы скатятся по ее поверхности в другой (5).

Когда обычные смазочно-охлаждающие жидкости и способы их подачи неприменимы, магнитные жидкости можно использовать в механизированном ручном инструменте, при работе на большой высоте, в замкнутом изолированном пространстве и других особых условиях. По механизму воздействия на процесс резания магнитные жидкости аналогичны смазочно-охлаждающим материалам, но в зону резания их можно подавать магнитным полем. Под его влиянием повышается смачиваемость и усиливается расклинивающее давление, интенсифицируется смазочное действие, так как улучшаются условия проникновения магнитной жидкости на поверхности контакта. Магнитные жидкости оказывают более сильное охлаждающее действие, так как по теплоемкости и теплопроводности превосходят все смазочно-охлаждающие материалы. При сверлении отверстий в титановых и алюминиевых сплавах немагнитная стружка, смазанная магнитной жидкостью, притягивалась к намагниченному сверлу и легко удалялась из отверстия. Это явление позволяет собирать остатки немагнитных металлов и абразивной пыли, образуемой при шлифовке поверхности.

Магнитные жидкости могут найти применение и в медицине. Противоопухолевые препараты, к примеру, вредны для здоровых клеток. Но если их смешать с магнитной жидкостью и ввести в кровь, а у опухоли расположить магнит, магнитная жидкость, а вместе с ней и лекарство сосредоточиваются у пораженного участка, не нанося вреда всему организму (6).

Магнитные коллоиды можно применять в качестве контрастного средства при рентгеноскопии. Обычно при рентгеноскопической диагностике желудочно-кишечного тракта пользуются кашицей на основе сернокислого бария. Если учесть, что коллоидные ферритовые частицы активно поглощают рентгеновские лучи, то можно говорить об использовании магнитных жидкостей в качестве рентгеноконтрастных веществ для диагностики полых органов. Все процедуры при этом существенно упрощаются.

А теперь выполняем обещание, данное в начале статьи, — даем рецепт водной магнитной жидкости (самой простой в изготовлении среди известных). Запаситесь аптечными весами с разновесами, двумя колбами, химическим стаканом, фильтровальной бумагой и воронкой, хорошим (желательно кольцевым — из динамика) магнитом, небольшой электрической плиткой и фарфоровым стаканчиком на 150-200 мл. Для получения качественной магнитной жидкости необходимо иметь маленькую настольную центрифугу. У вас под рукой должны быть соли двух-и трехвалентного железа, аммиачная вода (25%-ной концентрации), натриевая соль олеиновой кислоты (олеиновое мыло), индикаторная бумага фирмы «Лахема» и дистиллированная вода. Цифры приведены в расчете на 10 граммов твердой магнитной фазы (магнетита) магнитной жидкости.

Получив магнитную жидкость, раскрепостите свою фантазию. Придумайте с нею физический опыт, сделайте занимательную игрушку. Пришлите в редакцию рассказ о своей работе с цветными иллюстрациями. Самые интересные отчеты будут опубликованы. Желаем удачи!

Магнитная жидкость помогла сделать поверхность для управления каплями

Физики разработали многофункциональную поверхность для управления коллоидными объектами с помощью магнитного поля. Эта поверхность представляет собой массив микрометровых бороздок заполненных магнитной жидкостью. За счет действия магнитных и капиллярных сил при включении неоднородного магнитного поля меняется состояние жидкости, что позволяет управлять трением и адгезионными свойствами поверхности. Использовать эти структуры можно для управления движением частиц и капель, смешивания их между собой, а также перекачки жидкостей или очистки поверхностей от загрязнений, пишут ученые в Nature.

Исследование: опенсорс в России.

Ферромагнитная (или просто магнитная) жидкость представляет собой концентрированную суспензию магнитных наночастиц. Во внешнем магнитном поле капля такой суспензии сильно поляризуется, и из-за высокой магнитной восприимчивости на ее поверхности возникает упорядоченная система складок или иголок, которые выстраиваются вдоль линий напряженности магнитного поля и придают капле форму ежа.

Как правило, магнитные жидкости применяются в электронных устройствах для отвода тепла или снижения трения в приборах с магнитными элементами, однако также их пытаются использовать для медицинских целей и в оптических устройствах.

Группа физиков из США, Германии, Финляндии и Норвегии под руководством Джоанны Айзенберг (Joanna Aizenberg) из Гарвардского университета предложила использовать возможность смены состояния поверхности магнитной жидкости с помощью внешнего поля для создания многофункциональных поверхностей с изменяемым трением для управления движением коллоидных частиц. Для создания такого материала ученые нанесли магнитную жидкость (состоящую из частиц магнетита Fe3O4 в силиконовом масле) на текстурированную поверхность, разделенную на ячейки с помощью массива вертикальных стенок высотой в несколько десятков микрометров. Объем наносимой магнитной жидкости рассчитывался таким образом, что при отсутствии внешнего поля она полностью заполняла ячейки и на текстурой еще оставался небольшой ровный слой.

Варьируя внешнее магнитное поле, физики могли менять состояние капли магнитной жидкости: без поля жидкость растекалась по поверхности и при его включении принимала форму ежа. Неоднородное магнитное поле после включения действует на каплю в несколько стадий: сначала на ее поверхности возникают складки и иголки размером от 1 до 20 миллиметров, затем та жидкость, которая остается внутри ячеек, за счет давления со стороны магнитного поля выходит из пор наружу, но после этого из-за капиллярной пропитки растекается по поверхностным микроканалам наружу.

Таким образом на поверхности формируется рельеф с ярко выраженными миллиметровыми возвышениями и ямками, самые крупные из которых возникают в центре капли, а часть текстурированной поверхности, пропитанной жидкостью, оказывается открытой. Точный размер и форма особенностей рельефа на поверхности жидкости при этом зависят от ее собственных свойств (состава и концентрации магнитных частиц или вязкости и поверхностного натяжения жидкой среды), а также от свойств текстуры на поверхности — размеры и направления вертикальных стенок — и распределения и силы неоднородного магнитного поля.

Управляя состоянием магнитной жидкости, можно менять свойства всей поверхности: ее трение, поверхностное скольжение и адгезионные характеристики. Этот механизм ученые предложили использовать для управления коллоидными системами: движением частиц в водной среде, скоростью перемещения капель жидкости по поверхности, управляемой задержкой при смешивании нескольких капель различных водных растворов.

Кроме того, подобную текстурированную поверхность с магнитной жидкостью исследователи использовали как элемент нескольких устройств с подвижными деталями. Например, в одном из них действие магнитного поля на магнитную жидкость приводит к уменьшению трения и ускорению движения, а в другом с помощью магнитного поля можно перекачивать жидкость из одной емкости в другую.

Ученые отмечают, что каждый из предложенных примеров использования в дальнейшем может быть развит до полноценной технологии. Более того, у предложенного подхода много и других областей применения — от микрофлюидики до температурного контроля и очистки поверхностей от загрязнений.

Магнитные жидкости нередко предлагают использовать в качестве различных функциональных элементов различных механических и электрических устройств. Например, недавно американские физики разработали новый тип ионных двигателей для космических аппаратов, в которых рабочим телом выступает ионная магнитная жидкость. Благодаря этому удалось значительно сократить размеры двигателей.

Александр Дубов
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Исследование: опенсорс в России.

PandaX не нашла электромагнитно взаимодействующую темную материю
Для этого физики упрятали почти четыре тонны жидкого ксенона под гору

Физики из коллаборации PandaX поделились результатами поиска следов электромагнитного взаимодействия обычной и темной материй. Для этого они искали отклонения в числе фотонов, рожденных в 3,7 тонны жидкого ксенона, от модельного предсказания. Отрицательный результат позволил наложить новые ограничения на все типы электромагнитных свойств гипотетических частиц. Исследование опубликовано в Nature. Поиск частиц темной материи — важнейшая задача, над которой физики и астрономы бьются уже почти век. Ее существование доказывают наблюдения за движением галактик и реликтовым излучением, но, несмотря на это, ученые до сих пор не понимают, из чего она состоит. Подробнее про темную материю читайте в материале «Невидимый цемент Вселенной». Среди прочего физики спорят, участвуют ли частицы темной материи в электромагнитном взаимодействии. Само определение «темная» подразумевает отрицательный ответ, однако, это может лишь значить, что такое взаимодействие слишком слабое, чтобы его могли зафиксировать общие наблюдения и эксперименты. Темная материя может состоять из миллизаряженных частиц или частиц с неточечным зарядом, либо частиц с малым электрическими или магнитными дипольными моментами, анапольными моментами и так далее. Поиск следов такого взаимодействия ведется на самых различных установках. Среди прочего, этим заняты физики из коллаборации PandaX-4T, работающие в зале B2 Китайской подземной лаборатории Цзиньпин. Ученые исследуют гипотетический процесс, при котором частица темной материи обменивается фотоном с ядром вещества. Модели предсказывают, что его итогом должно стать излучение, испущенное ускоренным ядром, и излучение, испущенное электронами, оторвавшимися от ядра. Чтобы отыскать такие пары сигналов, физики наполняли свой детектор 3,7 тонны жидкого ксенона, окруженного с двух сторон массивами фотоумножителей. При анализе данных, собранных за 86 дней измерений, ученые учитывали множество фоновых процессов: бета-распады прочих ядер, естественную радиоактивность материалов детектора, влияние солнечных нейтрино и так далее. В результате оказалось, что учета фоновых процессов достаточно, чтобы объяснить происхождение более тысячи событий, зарегистрированных установкой. Результат эксперимента накладывает ограничения на известные электромагнитные модели частиц темной материи в диапазоне масс от 20 до 40 гигаэлектронвольт. Так, из него следует, что зарядовый радиус этих частиц не превышает 1,9 × 10-10 фемтометра, миллизаряд — 1,9 × 10-10 заряда электрона, а электрический и дипольный моменты — 1,2 × 10-23 заряда электрона на сантиметр и 4,8 × 10-10 магнетона Бора, соответственно. Ограничению подвергся также анапольный момент: 1,6 × 10-33 квадратного сантиметра, что почти в три раза меньше, чем предел, полученных в предыдущем исследовании. В качестве иллюстрации авторы сравнили свои ограничения с таковыми для других распространенных заряженный частиц: нейтрона и нейтрино, полученными другими группами. Предел для зарядового радиуса темной частицы оказался на четыре порядка строже, чем у нейтрино, пределы электрического дипольного момента и анапольного момента заняли промежуточное положение между таковыми для нейтрона и нейтрино, а предел магнитного момента оказался на один порядок слабее нейтринного. Ранее мы писали про то, как предыдущая версия детектора PandaX-4T — PandaX-II, — наполненная 0,57 тонны жидкого ксенона, помогла ограничить самодействующую темную материю.

«Галилео» нашел на Земле континенты и кислородную атмосферу

Частный посадочный модуль IM-1 упал на бок при посадке на Луну

В средневековой европейской ДНК нашли признаки предрасположенности к проказе

Кипячение удалило из жесткой воды более восьмидесяти процентов микропластика

Археологи уточнили возраст неандертальцев из пещеры Виндия

Орнитологи впервые сфотографировали неуловимую птицу из горных лесов Конго

В Томске встретили черного снегиря

Омикрон оказался самым устойчивым во внешней среде вариантом коронавируса

Паразитирующий на грибах «барсучий подсвечник» отнесли к первому за 90 лет новому роду растений из Японии

Физики уточнили странность протона

В окрестностях Сиднея нашли 30-тысячелетнюю ямку с охрой

«Новое недовольство мемориальной культурой»

В захвате Австралии кроликами обвинили английского фермера XIX века

Черная смола из гробницы царского казначея Рамсеса II оказалась битумом

«Романтика реальности. Как Вселенная самоорганизуется, порождая жизнь, сознание и сложность Космоса»

«Персеверанс» разглядел обломок лопасти «Индженьюити»

В Египте нашли 3,8-метровый бюст огромной статуи Рамсеса II

Физики заставили танцевать котов Шрёдингера

«Скелеты панд» из окрестностей японского острова оказались асцидиями неизвестного ранее вида

В Чатал-Хююке нашли 8600-летний хлеб

© 2024 N + 1 Интернет-издание / Свидетельство о регистрации СМИ Эл № ФС77-67614

Использование всех текстовых материалов без изменений в некоммерческих целях разрешается со ссылкой на N + 1.

Все аудиовизуальные произведения являются собственностью своих авторов и правообладателей и используются только в образовательных и информационных целях.

Если вы являетесь собственником того или иного произведения и не согласны с его размещением на нашем сайте, пожалуйста, напишите на [email protected]

Сайт может содержать контент, не предназначенный для лиц младше 18 лет.

Магнитные жидкости: ТЕХНОЛОГИЯ

Магнитные жидкости (МЖ) представляют собой уникальные системы, сочетающие в себе свойства магнитного материала и жидкости с возможностью управления реологическими, теплофизическими и оптическими характеристиками магнитным полем. Сочетание этих свойств, не встречающееся в известных природных материалах, открыло широкие перспективы для создания технических устройств с магнитной жидкостью в качестве рабочего тела.

Многолетний повышенный интерес к МЖ со стороны теоретиков и экспериментаторов, перспектива их широкого использования привели к тому, что к настоящему времени наука о магнитных жидкостях стала самостоятельной, чрезвычайно интересной и практически полезной областью исследований, находящейся на стыке физической химии коллоидов, физики магнитных явлений и магнитной гидродинамики. По мере изучения всего многообразия физико-химических свойств магнитных жидкостей и поведения МЖ при изменении внешних факторов спектр их практического применения в различных областях науки и техники расширяется, а потребность в стабильных магнитных жидкостях всё больше возрастает.

Что же такое магнитная жидкость? И так ли легко её синтезировать?

Магнитная жидкость представляет собой коллоидную систему однодоменных магнитных частиц (дисперсная фаза), диспергированных в жидкости-носителе (дисперсионная среда). При получении магнитной жидкости необходимо решить несколько задач:

– во-первых, необходимо получить частицы магнетиков размером не более 8 – 15 нм;

– во-вторых, необходимо покрыть частицы дисперсной фазы слоем молекул стабилизатора;

– в-третьих, стабилизатор должен не только предотвращать слипание частиц, но и обеспечивать образование устойчивой коллоидной системы однодоменных магнитных частиц, диспергированных в жидкости-носителе.

На бумаге все выглядит довольно просто, однако, любой химик, когда-либо занимавшийся синтезом магнитных жидкостей, знает, что создать устойчивую магнитную жидкость, которая не только завораживала бы взгляд, поражая своим поведением в магнитном поле, но и выполняла бы свои функции в конкретном устройстве – чрезвычайно сложная задача, если не сказать – проблема. Сложно представить, но для создания магнитных жидкостей необходимо взвесить твердые частицы с плотностью более 5 г/см 3 в жидкости-носителе с плотностью 1 г/см 3 или менее.

Универсального подхода к синтезу магнитных жидкостей на разных жидкостях-носителях нет. Разработчики магнитных жидкостей во всем мире используют собственные подходы к синтезу. Более того, каждый разработчик использует для синтеза магнитных жидкостей вещества, выпускаемые химической промышленностью той страны, в которой он работает. Эффективность технологий синтеза оценивается по достижению основных физических характеристик: коллоидальная стабильность в течение длительного времени, намагниченность насыщения, вязкость, диапазон рабочих температур. Стабильность свойств магнитной жидкости во времени – основной показатель её качества.

Нашей группе (ПНИЛ ПФГД) удалось разработать и воплотить в жизнь собственные оригинальные технологии синтеза магнитных жидкостей, которые не уступают по своим техническим характеристикам лучшим зарубежным аналогам, а по некоторым характеристикам (намагниченность насыщения, диапазон рабочих температур, срок эксплуатации) и превосходят их. На это потребовалось более 30 лет кропотливой работы.

В настоящее время мы выпускаем магнитные жидкости на основе:

– минеральных углеводородных масел;

– синтетических углеводородных масел;

– воды и других полярных носителей.

Для синтеза каждого типа магнитных жидкостей мы используем дифференцированный подход. Для достижения необходимого результата меняются технологические параметры синтеза; количество, последовательность и назначение стадий синтеза; специально подбираются комплексные поверхностно-активные вещества и т.д.

Все типы магнитных жидкостей прошли жесточайшие испытания на стендах; их стабильность проверена временем, а качество – работой в конкретных электромеханических устройствах. В зависимости от конкретного предложения мы синтезируем магнитные жидкости с необходимыми техническими характеристиками: намагниченностью насыщения, плотностью, вязкостью, диапазоном рабочих температур.

Перечень областей применения магнитных жидкостей может быть значительно расширен за счет изучения уникальных свойств наших МЖ. Поэтому мы призываем к взаимовыгодному сотрудничеству научно-исследовательские институты, конструкторские бюро, предприятия различных отраслей промышленности, а также всех заинтересованных в изучении и внедрении магнитных жидкостей лиц.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *