Магнитовязкий эффект и релаксация в магнитной жидкости

В.И. Степанов (Пермь)

Связь магнитных и механических степеней свободы частиц является главной особенностью магнитных жидкостей. Наиболее явно она проявляется в магнитовязком эффекте – заметном увеличении вязкости ферроколлоидов при включении магнитного поля. Впервые он наблюдался экспериментально в работе [1]. Причиной эффекта являются магнитные крутящие моменты, которые препятствуют свободному вращению частиц в сдвиговом потоке. Количественной мерой эффекта служит коэффициент вращательной вязкости ηR , зависящий как от величины внешнего приложенного магнитного поля H, так и от внутреннего поля магнитной анизотропии HA частиц. Предыдущие теоретические расчеты магнитовязкого эффекта проводились или в приближении жестких диполей (HA >> H), или в противоположном пределе сильных магнитных полей (H >> HA) ( в работах [2] и [3], соответственно ). Докладываемая теория свободна от этих упрощений и позволяет рассчитать ηR при произвольном соотношении между внутренним и внешним полями. Исходной точкой расчетов служит формула Грина-Кубо, устанавливающая связь между коэффициентом вращательной вязкости и временем релаксации поперечных (по отношению к внешнему полю) компонент намагниченности. Намагничивание ферромагнитной жидкости сопровождается двумя релаксационными процессами. Один из них - внешний - связан с вращением частицы (вместе с ее магнитным моментом) в несущей жидкости. Этот механизм доминирует для частиц с сильной магнитной анизотропией, "привязывающей" магнитный момент к телу частицы. Однако в магнитомягких частицах энергии связи оказывается недостаточно для блокирования собственного вращения магнитного момента внутри частицы, чем и обусловлен внутренний релаксационный механизм. Используя обобщенное уравнение Фоккера-Планка [4,5], учитывающего на равных правах оба релаксационных процесса, найдена зависимость ηR от приложенного магнитного поля и магнитной анизотропии частиц. Особо следует отметить обнаруженный максимум на кривой полевой зависимости коэффициента вращательной вязкости. Таким способом проявляет себя переключение (кроссовер) каналов релаксации магнитного момента частицы с внешнего на внутренний при выполнении условия HHA.  Работа выполнена при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (грант № 02-02-17221).

 

1.J. P. McTague, J. Chem. Phys. 51 (1969) 133.

2. М.А. Марценюк, Ю.Л. Райхер, М.И. Шлиомис, ЖЭТФ 65 (1973) 834.

3. Ю.Л. Райхер, М.И. Шлиомис, ЖПМТФ №4 (1974) 41.

4. В.И. Степанов, М.И. Шлиомис, Изв. АН СССР, сер. физ. 55 (1991) 1.

5. M.I. Shliomis and V.I. Stepanov, J. Magn. Magn. Mater 122 (1993) 196.