Изменения термодиффузии в магнитных коллоидах

ИЗМЕНЕНИЯ  ТЕРМОДИФФУЗИИ  В  МАГНИТНЫХ  КОЛЛОИДАХ

 

Межулис А., Блум Э., Майоров М. М.

 

Институт физики Латвийской Академии Наук.

Республика Латвия, г. Саласпилс, LV-2169, E – mail: Ansis@tesla.sal.lv

 

Свойства переноса магнитных частиц оказывает большое влияние на долговечность маг­нит­ных жидкостей. Обычно в исследованиях обращается внимание к гравитационному осе­да­нию и магнитофорезу феррочастиц. Однако, во многих устройствах, в которых используется магнитная жидкость, например, в высокоскоростных уплотнениях или охлади­тельных сис­темах мощных динамиков, в которых присутствует высокий градиент темпера­туры, на дол­говечность влияет и термофоретический перенос наночастиц. Некоторые экспе­рименты кос­венно показывают высокую интенсивность термофореза частиц в коллоидных растворах [1]. Теоретический анализ проблемы Стокса магнитных частиц предсказывает также возмож­ность влияния магнитного поля на термическую диффузию частиц в темпера­турно-чувстви­тельных ферроколлоидах [2].

Цель проведённых экспериментов – исследовать термофоретический перенос наночастиц и найти зависимость коэффициента термической диффузии от величины магнитного поля. Ис­следования термодиффузии проводились путём измерения концентрации при нестацио­нар­ной сепарации в вертикальной термодиффузионной колонне. При анализе результатов изме­рений, учитывался комплексный характер термической и концентрационной конвекции в вертикальной плоской щели (ширина 0,5 мм) между двумя платами. Термодиффузия частиц магнитной жидкости происходит благодаря разнице температур обеих плат. Оба конца вертикального щелевого канала соединены с резервуарами, объёмы которых по вели­чине примерно равны объёму канала. Разность концентрации частиц в резервуарах развива­ется благодаря свободной конвекции и термодиффузионному переносу частиц поперёк щели. Для измерения концентрации наночастиц в резервуарах используются вмонтированные в них ка­тушки индукции [3].

Первая часть экспериментов была проведена при отсутствии магнитного поля. Эта часть со­стояла из двух серий (А и В). В серии А температуры плат ТА и ТВ поддерживались посто­ян­ными, но варьировалась концентрация магнитной жидкости. Серия В была проведена при одной концентрации магнитной жидкости, меняя разницу температур ТА – ТВ ,  учитывая ус­ловие (ТА + ТВ ) / 2 = 27°C. Для образца магнитной жидкости TD-5 (магнетит в тетрадекалине С14Н30, средний диаметр 7 нм) было получено aT = - 20,0 ± 1,5, то есть термодиффузионный поток частиц направлен противоположно градиенту температуры. Некоторые эксперименты, проведённые с другими магнитными жидкостями, например, с гидрозолями, показали проти­воположное направление термофореза.

Вторая часть экспериментов проводилась с целью исследования влияния на термодиффузию постоянного магнитного поля. Индукция поля B ориентирована перпенди­кулярно градиенту температуры в колонне. На рисунке 1 показано развитие концентрации наночастиц в верх­нем и нижнем резервуарах во времени при различных значениях В. Как видно, магнитное поле вызывает увеличение отрицательного значения коэффициента термо­диффузии aT. Полученный результат качественно согласуется с теоретическими предсказаниями [2].

 

Библиографический список.

 

1.      Bacri J.- C., Blums E., Bourdon A., Cebres A., Demouchy G., Heegard B. M., Lenglet J., Per­zynskiy R. Concentration grating in a magnetic fluid. In: The 14th International Riga Conference on Magnetohydrodynamics MAHYD-95, August 24 – 26, 1995, Jurmala, Latvia, Abstracts, P.167.

2.      Blums E. Some new problems of complex thermomagnetic and diffusion-driven convection in magnetic colloids // J. Magn. Magn. Mat., 149 (1995), P.111.

3.      Mezulis A., Blums E., Kronkalns G., Maiorov M. M. Measurements of the thermodiffusion of nanoparticles in magnetic colloids // Latvian J. Physics and Technical Sciences, 5 (1995), P. 37.

 

 

Рисунок 1. Развитие концентрации наночастиц в резервуарах во времени

при различных значениях магнитного поля B.