УДК 541.1 ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ С

УДК 541.1
ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ
С МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗОЙ
А.В. Лисин, Ю.П. Грабовский
Кубанский государственный технологический университет
Аннотация: исследованы образцы модифицированных магнитных жидкостей
(МЖ), полученных с использованием частиц ферритов марганца, кобальта и
никеля. Кривые намагничивания всех образцов МЖ мало различаются между
собой, когда отношения содержания модифицирующей добавки к содержанию
двухвалентного железа не превышает 0,25. Установлено, что в тех же условиях
для образцов МЖ, содержащих Mn и Ni, магнитная восприимчивость падает с
увеличением содержания металла, а для образцов, содержащих Co, – остается
практически без изменения. Диэлектрическая проницаемость для образцов, модифицированных Co и Ni, слабо зависит от введенной добавки. Средний размер
частиц в МЖ с ферритами Co и Mn не превышал 4,0 нм. Полученные образцы обладали высокой устойчивостью в градиентном магнитном поле.
Ключевые слова: магнитная жидкость, модифицированная дисперсная фаза,
ферриты, синтез, свойства.
Магнитные, диэлектрические и реологические свойства магнетитовых магнитных
жидкостей изучены достаточно хорошо и подробно описаны в литературе [1, 2, 3]. Аналогичные свойства ферритовых МЖ освещены очень слабо, хотя именно состав частиц
дисперсной фазы может в заметной степени изменить эти характеристики и во многом
определить агрегативную устойчивость образцов.
Можно предположить, что наибольший интерес будут представлять МЖ, полученные с использованием частиц ферритов марганца, кобальта, никеля, а также магнитные жидкости, которые синтезированы с частицами магнетита.
Отсутствие сведений о свойствах ферритовых МЖ возможно связано с трудностями получения высокодисперсных частиц ферритов, которые были бы пригодны для синтеза МЖ. Так, уже давно показал свою непригодность для получения МЖ в значительных количествах метод дробления массивного материала в
жидкой среде в присутствии стабилизатора [4], а способы "мокрого" синтеза ферритов [5] приводят к получению крупных частиц. Кроме того, из-за отсутствия
полной идентичности этой стадии синтеза МЖ при использовании ферритов и
магнетита имеются определенные трудности стабилизации таких частиц, что
связано, в первую очередь, с различной температурой дегидратации этих материалов.
Необходимо отметить, что изучение свойств жидкостей с модифицированной дисперсной фазой или ферритами поможет заметно расширить области применения МЖ.
Состав дисперсной фазы в исследованных магнитных жидкостях можно
1
представить следующей формулой:
Me n2+ ⋅ Fe12−+n ⋅ Fe 32+ O 4 ,
где n – содержание модифицирующей добавки в феррите.
Значение n варьировалось от 0 до 1, а в качестве модифицирующей добавки использовались Mn, Co и Ni.
Получение образцов магнитных жидкостей проводили по разработанным в
ОАО "НИПИгазпереработка" методикам. После приготовления образцов из них
удаляли избыток стабилизатора и воду. Максимальный размер частиц в образцах не превышал 16,0 нм.
На рисунке 1 представлены кривые намагничивания образцов МЖ с модифицированной дисперсной фазой, в которых в качестве модифицирующей добавки использованы Mn, Co и Ni. Кривые намагничивания всех образцов МЖ мало
различаются между собой, когда отношения содержания модифицирующей добавки к содержанию двухвалентного железа Me2+ / Fe2+ ≤ 0,25. Этот факт свидетельствует о том, что размер частиц в синтезированных образцах заметно не меняется, а некоторое снижение намагниченности связано со снижением магнитных характеристик ферромагнетика. Следует отметить, что образцы МЖ, модифицированные Mn, в сравнении с магнетитовыми МЖ практически не снижают
своей намагниченности вплоть до содержания марганца, определяемого соотношением Me2+ / Fe2+ ≤ 0,5.
20
М, кА/м
15
Mn
Co
10
Ni
5
0
0
50
100
150
200
Н, кА/м
Рисунок 1 – Кривые намагничивания образцов МЖ с различной
модифицирующей добавкой, Me2+ / Fe2+ ≈ 0,25
2
На рисунке 2 приведены зависимости магнитной восприимчивости от содержания модифицирующей добавки. Для образцов МЖ, содержащих Mn и Ni, магнитная восприимчивость падает с увеличением содержания металла, а для образцов, содержащих Co, – остается практически без изменения.
5
4
Mn
Co
Ni
Ҳ
3
2
1
0
0
5
10
15
20
25
Me2+ / Fe2+, %
Рисунок 2 – Зависимость начальной магнитной восприимчивости
от содержания модифицирующей добавки
На рисунке 3 представлены результаты измерения диэлектрической проницаемости магнитных жидкостей при введении в состав ферромагнетика Mn, Co,
Ni. Как следует из представленных результатов, диэлектрическая проницаемость
для образцов, модифицированных Co и Ni, слабо зависит от введенной добавки.
20
16
Mn
12
ε
Co
8
Ni
4
0
0
5
10
15
20
25
Me2+ / Fe2+, %
Рисунок 3 – Зависимость диэлектрической проницаемости
от содержания модифицирующей добавки
3
Магнитные жидкости с модифицированной дисперсной фазой, например, с
ферритами кобальта и марганца, когда n = 1, заметно отличаются по свойствам
от магнетитовых МЖ. Если средний размер частиц в магнетитовых магнитных
жидкостях по данным электронной спектроскопии колеблется в пределах
6,0…8,0 нм, то средний размер частиц МЖ с ферритами Co составил 4,0 нм, а с
ферритами Mn – 3,0 нм. Размер частиц подтверждается также увеличением количества стабилизатора, необходимого для получения образцов магнитных
жидкостей, устойчивых в градиентном магнитном поле. Для образцов МЖ с частицами MnFe2O4 расход стабилизатора увеличивался более чем в три раза по
сравнению с магнетитовыми МЖ аналогичной концентрации.
Дополнительным преимуществом образцов МЖ с частицами феррита марганца
является то, что при низких температурах намагниченность насыщения таких "жидкостей" примерно в 1,3 раза выше, чем магнетитовой.
Получение ферритов Co и Mn, используемых при синтезе магнитных жидкостей, открыло новую область их применения – вычислительную технику, где они
могут использоваться в качестве компонента феррографического проявителя и
иметь заметное преимущество перед магнетитовыми МЖ, т.к. более устойчивы к
окислению.
Литература
1. Физические свойства магнитных жидкостей // Сб. статей. – Свердловск, УНЦ
АН СССР, 1983. – 127 с.
2. Статические и динамические свойства магнитных жидкостей // сб. научных
трудов, Свердловск, УНЦ АН СССР, 1987. – 69 с.
3. Блюм Э.Я., Майоров М.М., Цеберс А.О. Магнитные жидкости. – Рига: Зинатне, 1989. – 386 с.
4. Papell S.S. Low viscosity magnetic fluid obtained by colloidal suspension of magnetic particles. Pat. 3215572 (USA), 1965.
5. Самоидзака Д., Накацука К. Приготовление магнитной жидкости и её применение // Пер. с яп. – Оёби Фумацу Якин. – 1975. – Т. 22, № 1. – с. 22-26.
4