Содержание
- 2. Магнитные жидкости Ферромагнитная жидкость на стекле (под воздействием магнита под стеклом)
- 3. Магнитные жидкости Типичные ПАВ (стабилизаторы) для ФМЖ: олеиновая кислота; полиакриловая кислота; лимонная кислота; олеат натрия; полиакрилат
- 4. Магнитные жидкости (МЖ) Свойства МЖ определяются совокупностью характеристик входящих в нее компонентов (твердой магнитной нанофазы, жидкости-носителя
- 5. 3. Устойчивость. Это свойство выражает способность твердых магнитных наночастиц в составе МЖ: не слипаться (не агрегировать)
- 6. Магнитные жидкости (МЖ) 5. Высокая плотность в магнитном поле. Так, плотность 1 см МЖ на основе
- 7. Магнитные жидкости (МЖ) 8. Антифреттинг – способность МЖ снижать сопротивление трения при нанесении ее на поверхность
- 8. Магнитные жидкости (МЖ) Ввиду уникальности свойств магнитные жидкости находят широкое применение в различных областях науки и
- 9. Магнитные жидкости (МЖ) 6) в сварных (и других высоконагруженных действующих) конструкциях из ферромагнитных материалов – для
- 10. Магнитные жидкости (МЖ) Дифференцированные применения магнитных жидкостей 7) в подъемно-транспортных механизмах с подшипниковыми узлами (только МЖ
- 11. Магнитные жидкости (МЖ) Успешное применение магнитных жидкостей тесно связано с их агрегативной и седиментационной устойчивостью. 1.
- 12. Магнитные жидкости (МЖ) Получение МЖ связано с решением двух основных задач: - синтез ультрадисперсных магнитных наночастиц;
- 13. Магнитные жидкости (МЖ) Впервые магнитная жидкость была получена Папелом методом мокрого помола в шаровой мельнице грубодисперсного
- 14. Магнитные жидкости (МЖ) Получение ФМЖ на основе магнетита В настоящее время основными методами синтеза ФМЖ являются:
- 15. Магнитные жидкости (МЖ) Модифицирование МЖ – это изменение состава жидкости-носителя в МЖ (без изменения состава магнитной
- 17. Скачать презентацию
Магнитные жидкости
Ферромагнитная жидкость на стекле
(под воздействием магнита под
Магнитные жидкости
Ферромагнитная жидкость на стекле
(под воздействием магнита под
Магнитные жидкости
Типичные ПАВ (стабилизаторы) для ФМЖ:
олеиновая кислота;
полиакриловая
Магнитные жидкости
Типичные ПАВ (стабилизаторы) для ФМЖ:
олеиновая кислота;
полиакриловая
лимонная кислота;
олеат натрия;
полиакрилат натрия;
цитрат натрия
тетраметиламмония гидроксид.
ПАВ препятствуют слипанию наночастиц, мешая им образовать слишком тяжелые кластеры. Молекулы ПАВ имеют полярную «головку» и неполярный «хвост» (или наоборот); один из концов адсорбируется к частице, а другой прикрепляется к молекулам жидкости-носителя, образуя, соответственно, обычную или обратную мицеллу вокруг частицы, что приводит к возникновению кулоновских сил отталкивания между частицами, повышает стабильность МЖ на водной основе.
Вместе с тем, ПАВ могут быть вредны для магнитных свойств МЖ (в особенности, для магнитного насыщения МЖ). Добавление ПАВ (или других посторонних веществ) может уменьшать также плотность упаковки ферромагнитных частиц в МЖ, тем самым уменьшая ее вязкость.
Магнитные жидкости (МЖ)
Свойства МЖ определяются совокупностью характеристик входящих в нее
Магнитные жидкости (МЖ)
Свойства МЖ определяются совокупностью характеристик входящих в нее
Известен ряд общих уникальных свойств МЖ (их 10):
1. Высокая магнитная восприимчивость к магниту (суперпарамагнетизм). Следует помнить, что ФМЖ теряют магнитные свойства при Т > ТКюри (ТКюри зависит от состава МЖ).
2. Увеличение магнитной восприимчивости при снижении температуры (закон Кюри-Вейса): холодная МЖ сильнее притягивается к магниту.
Свойства магнитных жидкостей
3. Устойчивость. Это свойство выражает способность твердых магнитных наночастиц в
3. Устойчивость. Это свойство выражает способность твердых магнитных наночастиц в
не слипаться (не агрегировать) и не выделяться в отдельную фазу даже в очень сильном магнитном поле;
удерживаться во взвешенном состоянии за счет броуновского движения;
сохранять в течение определенного времени магнитную восприимчивость к магниту.
Длительность устойчивого состояния может колебаться от нескольких секунд до нескольких лет и существенно зависит от размера и химического состава наночастиц дисперсной фазы, от физических характеристик коллоида (носителя и ПАВ) и от внешних условий (температуры Т, напряженности магнитного поля Н др.).
4. Магнитобарьерность (уплотнительное, герметизирующее свойство). МЖ предотвращают попадание посторонних частиц в рабочий объем аппаратов, выдерживают давление 2–3 МПа для рабочих узлов с вращательным движением.
Магнитные жидкости (МЖ)
Свойства магнитных жидкостей
Магнитные жидкости (МЖ)
5. Высокая плотность в магнитном поле.
Так, плотность 1 см
Магнитные жидкости (МЖ)
5. Высокая плотность в магнитном поле.
Так, плотность 1 см
6. Магнитоакустичность – способность МЖ генерировать ультразвуковые колебания. Это свойство проявляется для МЖ в замороженном или полимеризованном состоянии при одновременном воздействии постоянного (подмагничивающего) и переменного магнитных полей.
7. Магнитодемферность. Это свойство выражает способность МЖ аммортизировать и подавлять нежелательные ВЧ-резонансные звуковые колебания.
Свойства магнитных жидкостей
Магнитные жидкости (МЖ)
8. Антифреттинг – способность МЖ снижать сопротивление трения при
Магнитные жидкости (МЖ)
8. Антифреттинг – способность МЖ снижать сопротивление трения при
9. Радиопоглощение – способность МЖ снижать отражение электромагнитных волн. Покрытия на основе МЖ, нанесенные на поверхность летательных аппаратов, могут поглощать электромагнитные волны, уменьшая тем самым эффективную поверхность рассеивания.
10. Магнитооптичность – сильная способность преломлять свет (магнитооптический эффект МЖ на шесть порядков выше по сравнению с другими жидкостями).
Свойства магнитных жидкостей
Другие свойства (термостойкость, гидрофобность, химическая стойкость, нетоксичность, вязкость, испаряемость) – дифференцированы (в зависимости от применения).
Магнитные жидкости (МЖ)
Ввиду уникальности свойств магнитные жидкости находят широкое применение
Магнитные жидкости (МЖ)
Ввиду уникальности свойств магнитные жидкости находят широкое применение
Наиболее широко МЖ используют:
1) в вакуумных установках и в автоклавах – в качестве статических или динамических магнитожидкостных уплотнений (для герметизации камер и сосудов , находящийся под давлением или вакуумом, или испытывающих воздействие жидких и газовых агрессивных сред или пыли);
2) в магнитных сепараторах (для разделения материалов с различной плотностью, для очистки сточных вод, очистки водных поверхностей от нефтепродуктов при аварийных разливах);
3) в магнитожидкостных (машиностроительных) устройствах с узлами трения (качестве магнитоуправляемых смазок);
4) в акустических динамиках радиотехнических и электронных устройств (для генерирования в замороженном состоянии ультразвуковых колебаний в магнитных полях);
5) в магнитожидкостных амортизаторах и демпферах (для подавления нежелательных ВЧ-резонансных звуковых колебаний);
Применение магнитных жидкостей
Магнитные жидкости (МЖ)
6) в сварных (и других высоконагруженных действующих) конструкциях из
Магнитные жидкости (МЖ)
6) в сварных (и других высоконагруженных действующих) конструкциях из
В основе данного высокочувствительного метода лежит искажение магнитного поля в контролируемом изделии при наличии трещин.
С целью выявления искажений магнитного поля, контролируемую поверхность изделия намагничивают (например, с помощью постоянного магнита или соленоида), наносят на поверхность ФМЖ (стабилизированную водную или водно-масляную суспензию наночастиц Fe3O4), затем осматривают изделие, отыскивают неравномерность магнитного поля.
Применение магнитных жидкостей
Магнитные жидкости (МЖ)
Дифференцированные применения магнитных жидкостей
7) в подъемно-транспортных механизмах с
Магнитные жидкости (МЖ)
Дифференцированные применения магнитных жидкостей
7) в подъемно-транспортных механизмах с
8) в печатной промышленности – при создании магнитных красок и чернил (только МЖ с высокой испаряемостью и на основе ферритов, дающих широкий спектр цветов и оттенков);
9) в различных областях науки и техники – для изготовления защитных слоистых пленочных наноматериалов (только гидрофобные МЖ и на основе магнитных фаз, обладающих химической устойчивостью при контакте с агрессивной технологической средой заданной температуры );
10) в медицине – для изготовления магнитожидкостных носителей лекарств (только нетоксичные МЖ и на основе суперпарамагнитных фаз, обладающих биологической устойчивостью при контакте с живыми клетками и тканями организма).
Магнитные жидкости (МЖ)
Успешное применение магнитных жидкостей тесно связано с их
Магнитные жидкости (МЖ)
Успешное применение магнитных жидкостей тесно связано с их
1. Агрегативная устойчивость – устойчивость магнитных наночастиц МЖ к коагуляции и агрегации.
Условием агрегативной устойчивости является преобладание электростатических и стерических сил отталкивания между частицами (по сравнению с Ван-дер-Ваальсовыми и магнитными силами притяжения), что достигается правильным выбором ПАВ в составе МЖ.
Так, использование в качестве ПАВ олеиновой кислоты (с длиной молекул δ = 2 нм) обеспечивает длительную стабилизацию частиц магнетита размером ~ 20 нм, тогда как для стабилизации более крупных частиц магнетита требуется применение ПАВ с большей (по сравнению с олеиновой кислотой) длиной молекул.
2. Седиментационная устойчивость – устойчивость МЖ к расслоению при воздействии гравитационного, магнитного и электрического полей, а также центробежных сил.
Условием седиментационной устойчивости является малость скорости оседания наночастиц дисперсной фазы (по сравнению со скоростью броуновского движения), что достигается правильным выбором дисперсионной среды в составе МЖ.
Так, использование в качестве дисперсионной среды минерального масла обеспечивает длительную стабилизацию более крупных наночастиц магнетита (в ~ 3 раза большего размера), чем при использовании воды (для магнитных жидкостей на воде максимальный размер частиц феррофазы составляет 7 нм).
Устойчивость магнитных жидкостей
Магнитные жидкости (МЖ)
Получение МЖ связано с решением двух основных
Магнитные жидкости (МЖ)
Получение МЖ связано с решением двух основных
- синтез ультрадисперсных магнитных наночастиц;
- стабилизация их в жидкости-носителе.
Наиболее успешно обе задачи решают в ходе in situ процесса, в котором получение высоко дисперсного магнитного материала проводят непосредственно в жидкости-носителе с одновременной стабилизацией его ПАВ (в ходе образования наночастиц).
В качестве магнитного материала часто используют наночастицы магнетита. Основное достоинство дисперсии наночастиц магнетита по сравнению с дисперсиями других ферромагнитных материалов – это технологическая простота и отработанность методик их получения.
Наилучшими стабилизаторами оказываются такие вещества, которые хорошо адсорбируются на поверхности наночастиц магнитной фазы, а свободной частью своей молекулы хорошо растворяются в жидкости-носителе. Этим условиям обычно хорошо отвечают вещества с длинной углеводородной цепочкой (С10– С20), содержащие функциональные группы (ОН, NH2 ,СООН, и т.д.). Эффект стабилизации объясняют понижением поверхностной энергии диспергированных наночастиц.
Получение магнитных жидкостей
Магнитные жидкости (МЖ)
Впервые магнитная жидкость была получена Папелом методом мокрого
Магнитные жидкости (МЖ)
Впервые магнитная жидкость была получена Папелом методом мокрого
Диспергационный метод помола (при объеме исходного порошка 20 % и объеме загруженных шаров 35 % от объема мельницы) позволил получить магнитные частицы размером 100 нм (при сухом помоле – 600 нм), однако не обеспечил высоких магнитных свойств полученной МЖ (из-за загрязнения ее продуктами длительного истирания шаров при работе мельницы).
Получение ФМЖ на основе магнетита
Магнитные жидкости (МЖ)
Получение ФМЖ на основе магнетита
В настоящее время основными
Магнитные жидкости (МЖ)
Получение ФМЖ на основе магнетита
В настоящее время основными
1. Гидролиз неорганических солей (метод соосаждения Массарта).
Его реализуют при 20–80 оС в водной щелочной (аммиачной) среде с добавкой олеата натрия С17Н33СООNa или в среде многоатомного спирта (глицерин или этиленгликоль) с добавкой полиакриловой кислоты (CH2–CH–COOH)n;
2. Межфазный синтез (метод микроэмульсий).
Его реализуют при 20 оС введением неорганических солей железа и ПАВ в двухфазную систему вода-гексан (с избытком органической фазы) с последующим интенсивным перемешиванием, затем введением олеиновой кислоты (для перевода образующихся магнитных наночастиц в органическую фазу);
3. Термолиз органических солей (в безводной среде высококипящего органического растворителя).
Его реализуют при 280–300 оС введением солей железа на основе высокомолекулярных карбоновых кислот (стеараты) и смеси ПАВ (олеиновая кислота + олеоиламин) в высококипящий октадецен С18Н36.
Магнитные жидкости (МЖ)
Модифицирование МЖ – это изменение состава жидкости-носителя в
Магнитные жидкости (МЖ)
Модифицирование МЖ – это изменение состава жидкости-носителя в
Первый метод замены одной жидкости-носителя другой (метод Розенцвайга) основан на подборе и введении в МЖ полярной флокулирующей добавки (вызывающей хлопьевидную коагуляцию и осаждение магнитной нанофазы), отделении стабилизированного осадка от МЖ, с последующим диспергированием осажденных магнитных наночастиц в другой жидкости-носителе (с возможной сменой стабилизатора).
В качестве флокулирующей добавки к МЖ используют ацетон, этилацетат, а также полимеры (поливиниловый спирт, крахмал, полистирол, полиакриламид, полимеры диметилсилоксана и др.).
Важным требованием к полимерным флокулянтам является их хорошая смешиваемость с жидкостью-носителем.
Модифицирование магнитных жидкостей