Влияние фрактальных агрегатов на магнитную проницаемость феррожидкости

Е.А. Елфимова (Екатеринбург)

Свойства магнитных жидкостей во многом зависят от присутствия агрегатов феррочастиц, а также от типа этих образований. В коллоидных системах могут возникать микрокапельные, цепочечные и рыхлые квазисферические агрегаты [1], известные как “фрактальные кластеры” [2]. Определение магнитной проницаемости агрегированной феррожидкости с фрактальными вкраплениями является главной целью работы. Потенциал магнитного поля находился, исходя из следующих предположений: концентрация фрактальных кластеров в магнитной жидкости достаточно мала; магнитное взаимодействие между частицами кластера очень слабое. В соответствии с внутренней структурой фрактального агрегата, решение поставленной задачи определялось в 3-х зонах: внутри плотного однородного ядра кластера; внутри слоя, где концентрация агрегированных частиц кластера меняется по степенному закону, что является главной особенностью фрактальных структур [2] и вне фрактального агрегата. В результате получена аналитическая зависимость потенциала магнитного поля от расстояния до формального центра кластера, которая хорошо согласуется с численным решением данной задачи. При определении эффективной магнитной проницаемости феррожидкости с фрактальными вкраплениями учитывалось уравнение баланса: чем больше концентрация кластеров в магнитной жидкости, тем меньше свободных частиц во всей системе. Обнаружены следующие эффекты: средняя магнитная проницаемость неагрегированной феррожидкости выше, чем магнитной жидкости с фрактальными структурами. Разница составляет 0-1,5% (объемная концентрация фрактальных кластеров изменяется от 0 до 0,06). При рассмотрении другой предельной ситуации, когда в коллоиде нет свободных частиц, а присутствуют только капельные агрегаты того же размера, что и фрактальные кластеры, обнаружено: магнитная проницаемость коллоидной среды с каплями ниже, чем магнитной жидкости с фрактальными вкраплениями. Отличие составляет 3-5% (чем выше объемная концентрация фрактальных кластеров в системе, тем меньше разница). Кроме того, исследована эффективная магнитная проницаемость феррожидкости в зависимости от размера образовавшихся в ней фрактальных агрегатов. Эта характеристика меньше средней магнитной проницаемости феррожидкости с микрокапельными вкраплениями при одинаковой концентрации агрегатов в коллоидной системе.

Исследования проводятся при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (гранты РФФИ-Урал № 01-02-96430, № 02-15-99308 м и № 03-02-16115 а), а также гранта CRDFREC-005.

 

1. Buzmakov V.M.,Pshenichnikov A.F.,J.Colloid Interface Science/ 1996. V. 182. P.63

2. Ivanov A.O., Zubarev A.Yu. Phys.Rev.E 2001.V64. N 4. P. 041403-1-4.