Особенности деформации микрокапель магнитных эмульсий в электрическом поле при изменении температуры

Введение 3
Глава 1. Обзор литературы 6
1.1 Эмульсии и их свойства 6
1.2 Магниточувствительные эмульсии 12
1.3 Динамика капли магнитной жидкости в электрическом поле 17
Результаты и выводы 1-й главы. 21
Глава 2. Объект и методы экспериментальных исследований 24
2.1 Объект исследования 24
2.2 Методика экспериментальных исследований диэлектрической проницаемости и проводимости 25
2.3 Методика исследования деформации капель магнитных эмульсий в электрическом поле 28
Глава 3. Результаты экспериментальных исследований 31
3.1 Структурные превращения микрокапель в тонком слое эмульсии в перпендикулярном электрическом поле 31
3.2 Исследование деформации микрокапель магнитной эмульсии в электрическом поле вдоль слоя образца 39
Заключение 50
Список использованной литературы 52

Весь текст будет доступен после покупки

Актуальность работы: Работа посвящена исследованию структурных и макроскопических свойств магниточувствительных эмульсий. Несмотря на то, что к настоящему времени имеется достаточно большое число экспериментальных и теоретических работ, посвященных изучению магниточувствительных эмульсий, однако многие вопросы остаются открытыми. К ним относятся, в частности, особенности электрических свойств магниточувствительных эмульсий, их связь с различными параметрами системы и специфика взаимодействия с электрическими полями при дополнительном изменении температуры. Важным аспектом исследований при этом являются процессы структурообразования, происходящие в таких средах, и динамика частиц их дисперсной фазы при воздействии электрических полей, чему уделено недостаточно внимания в существующих в настоящее время работах. Поэтому, изучение электрических свойств магниточувствительных эмульсий в настоящее время является актуальным и, безусловно, представляет общенаучный интерес. Наряду с этим, исследование особенностей их свойств важно в контексте более успешного практического их применения в качестве сред, электрическими свойствами которых можно эффективно управлять путем воздействия электрическим полем.
Объектом исследования являются три образца магнитной эмульсии, представляющие собой взвесь микрокапель магнитной жидкости в масляной среде.
Предметом исследования является поведение тонких слоев магниточувствительных эмульсий в электрическом поле.
Целью настоящей работы является изучение структурной организации микрокапель магнитных эмульсий в перпендикулярном и параллельном электрическом поле, а также при изменении температуры образца.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:
- Синтезировать устойчивые магниточувствительные эмульсии различного типа с малым межфазным натяжение на границе микрокапля–среда;
- Собрать установку для изучения особенностей деформации микрокапель магнитной эмульсии в параллельном электрическом поле;
- Собрать установку для наблюдения трансформации микрокапель магнитной эмульсии в электрическом поле вдоль слоя образца;
- Исследовать поведение капель магнитной эмульсии, расположенных в переменном перпендикулярном электрическом поле при дополнительном изменении температуры исследуемого образца;
- Исследовать изменение структуры микрокапель магнитной эмульсии в переменном электрическом поле, направленном вдоль слоя образца, а также при дополнительном изменении температуры образца;
- Обосновать полученные закономерности поведения капли магнитной эмульсии.
Перечисленные выше задачи решались при помощи экспериментальных и теоретических методов исследования. При проведении экспериментальных исследований использовались стандартные методики измерений.
Достоверность полученных результатов подтверждена корректностью использованных методик исследования, применением стандартных приборов и оборудования при проведении измерений, анализом погрешностей измерений.
Научная и практическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты исследования поведения микрокапель магнитной эмульсии в переменном электрическом поле, а также влияния микроструктуры на их поведение внесли определенный вклад в развитие физики магнитных коллоидов.
Обнаруженные и исследованные особенности деформации микрокапель могут быть учтены при проектировании и прогнозировании работоспособности технических устройств.
Структура и объем работы. Дипломная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка используемой литературы, содержащего 48 наименования. Материал дипломной работы содержит 55 страниц, 1 таблицу и 14 рисунков.
Во введении обоснована актуальность разрабатываемой темы, сформулирована цель работы, задачи и основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе приведен обзор существующих экспериментальных и теоретических работ, посвященных физике магнитных эмульсий. При этом, значительное внимание было уделено работам, в которых изучаются электрические свойства магнитных эмульсий. Также проанализирован ряд работ, в которых исследуется поведение отдельных капель магнитных эмульсий в магнитном и электрическом полях. Приведены общие сведения об электрических свойствах диэлектрических эмульсий, а также обзор имеющихся работ по проблеме эмульсий магнитных жидкостей. Глава закончена анализом приведенного литературного обзора.
Во второй главе описаны объекты, методы исследования диэлектрической проницаемости и проводимости, а также методы исследования деформации магнитных эмульсий в электрическом поле.
В третьей главе приведены результаты экспериментальных и теоретических исследований поведения микрокапли магнитной эмульсии при воздействии электрического поля, а также при дополнительном изменении температуры образца. Исследованы закономерности процесса деформации капель магнитной эмульсии в случае их расположения в плоском горизонтальном ограниченном слое под действием перпендикулярного и параллельного электрического поля.

Весь текст будет доступен после покупки

Глава 1. Обзор литературы
1.1 Эмульсии и их свойства
Эмульсия – это коллоидная дисперсия одной жидкости в другой. Считается, что жидкости нерастворимы или мало растворимы друг в друге [1].
Эмульсии стабилизируются в присутствии эмульгаторов, таких как, мыло, белки, соли желчных кислот, смолы и углеводы. Молекулу эффективного эмульгатора обычно можно описать как молекулу, один конец которой растворим в дисперсионной среде, а другой в дисперсной фазе. Эмульгаторы, которые воздействуют на свойства поверхностей (поверхностей раздела двух фаз), называют поверхностно-активными агентами или поверхностно-активными веществами(ПАВ). Конец молекулы, растворимый в масляной среде, может представлять собой алкильную цепь, а водорастворимый конец представляет собой ионную группу (карбоксилат-ион, ион аммония) или группа, которая может образовывать водородную связь, например гидроксил.
Эмульсии могут быть получены несколькими способами. Их стабильность и механизм разрушения во многом определяются концентрацией дисперсной фазы в системе. Разбавленные эмульсии могут быть агрегативно устойчивы благодаря образованию двойных электрических слоев на поверхности капель. Концентрированные эмульсии обладают значительной устойчивостью только в присутствии толстой структурированной адсорбционной оболочки, которая предельно сольватирована со стороны дисперсионной среды; этот тип оболочки механически предотвращает слияние капель[2].

Весь текст будет доступен после покупки

1. Эмульсии. Под ред. Шермана Ф. Л.: Химия, 1972. 448 с.
2. Фридрихсберг Д. А. Курс коллоидной химии. Л.: Химия, 1984. 368 с.
3. Панченков Г. М., Цабек Л. К. Поведение эмульсий во внешнем электрическом поле. М.: Химия, 1969. 191 с.
4. Клейтон В. Эмульсии. М.: Изд-во ин. лит. 1950. 680 с.
5. Духин С. С. Электропроводность и электрокинетические свойства дисперсных систем. Киев: Наукова думка, 1975. 246 с.
6. Romankiw L.T. Stable emulsion and method for preparation thereof. US Patent No 3981844 // USA. – 1976.
7. Чеканов В.В., Дроздова В.И. Магниточувствительная эмульсия. A.C. №966735 /СССР/ // Открытия. Изобретения. Пром. образцы. Товарные знаки. – 1982. №38.
8. Дроздова В.И. Экспериментальные исследования структуры и магнитных свойств магнитных жидкостей: Дис. канд. физ.-мат. наук. Ставрополь.: Пединститут, 1983. 139 с.
9. Дроздова В.И., Чеканов В.В. Диффузия частиц феррожидкости в магнитном поле// Магнитная гидродинамика. – 1981. №1. С. 61 – 63.
10. Ivey M., Liu J., Zhu Y., Cutillas S. Magnetic-field-induced structural transitions in a ferrofluid emulsion // Phys. Rev. E – 2000. Vol. 63, 011403.
11. Диканский Ю.И., Беджанян М.А., Киселев В.В. Электрические свойства эмульсий с магнитной жидкостью в качестве дисперсионной среды// Коллоидный журнал. – 2002. Т. 64, №1. С. 34 - 38.
12. Беджанян М.А. Эффекты взаимодействия капель магнитной жидкости с электрическим и магнитным полями. Дисс. … канд физ.-мат. наук. Ставрополь, 2002.
13. Диканский Ю. И. Эффекты взаимодействия частиц и структурно кинетические процессы в магнитных коллоидах. Диссертация на соискание ученой степени доктора физ.-мат. наук. Ставрополь, 1999.
14. Диканский Ю. И., Цеберс А. О. Шацкий В. П. Свойства магнитных эмульсий в электрическом и магнитном полях// Магнитная гидродинамика. – 1990. №1. С. 32–38.
15. Чеканов В.В., Скибин Ю.Н., Епишкин Ю.А. и др. Магниточувствительная жидкость для визуализации магнитной записи. А.С. №940049 /СССР/ // Открытия. Изобретения. Пром. Образцы. Товарные знаки. – 1982. №24.
16. Исследование остаточной намагниченности магнитной ленты и полей магнитных головок при высокой плотности записи способом визуализации с помощью композиционной жидкости. // Отчет по НИР. Инв. №5890015. Ставропольский пединститут. – 1979. 112 с.
17. Диканский Ю.И. и др. Магниточувствительная жидкость для визуализации магнитных полей записи и способ ее приготовления// Авторское свидетельство №1633348. Госкомизобретений, 1990.
18. Арутюнов М. Г. Феррография. М.: Энергоиздат, 1982. 312 с.
19. Бибик Е.Е., Матыгулин Б.Я., Райхер Ю.Л., Шлиомис М.И. Магнитостатические свойства коллоидов магнетита // Магнитная гидродинамика. - 1973.- N1.- с.68-72.
20. Мозговой Е.Н., Блум Э.Я. Магнитные свойства мелкодисперсных ферросуспензий, синтезированных электроконденсационным способом // Магнитная гидродинамика . - 1971. - N4.С.18-24.
21. Диканский Ю.И., Кожевников В.М., Чеканов В.В. Магнитная восприимчивость и электропроводность магнитной жидкости при наличии структурных образований // В сб.: Физические свойства магнитных жидкостей. - Свердловск: УНЦ АН СССР, 1983 . - С. 28-33.
22. Гогосов В.В., Налетова В.А., Шапошникова Г.А. Гидродинамика намагничивающихся жидкостей. - ВИНИТИ, Итоги науки и техники, сер. Механика жидкости и газа. Т.16, 1981.- С.76- 208
23. Шлиомис М.И. К гидродинамике жидкости с внутренним вращением //ЖЭТФ. - 1966. - Т.51 , вып.1. - С.258-265.
24. Hall W.F., Busenberd S.N. Viscosity of magnetic suspensions // The Journal of Chemical Physics. - 1969. - VOL.51.- N1.- P.137-144.
25. Levi A.C., Hobson R.E., Mocourt F.R. Magnetoviscosity of colloidal suspensions //Canadian Journal of colloidal physics .- 1973.- Vol.51. - N2. - P.180-194.
26. Аметистов, Е. В. Монодиспергирование вещества: принципы и примене¬ние / Е. В. Аметистов, В. В. Блаженков, А.К. Городов [и др.]. – М. : Энергоатомиздат, 1991. – 336 с.
27. Диканский, Ю. И. Поведение капли магнитной жидкости в скрещенных стационарном и вращающемся магнитном полях / Ю.И.Диканский, М. А. Беджанян, И. Ю. Чуенкова // I Российская научно-практической конференции «Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе»: сб. науч. тр. – Ставрополь: Изд-во СГСХА, 2001. – Т. 2. – 398 с.
28. Горбунова Т.Н., Махукова О.Г., Чуенкова И.Ю. Деформация капель магнитной жидкости и их взаимодействие в электрическом и магнитном полях// Тезисы докладов 11 Всесоюзного совещания по физике магнитных жидкостей. Ставрополь, 1986. С. 41–43.
29. Tyatyushkin A.N., Velarde M.G. On the interfacial deformation of a magnetic liquid drop under the simultaneous action of electric and magnetic fields // J. Colloid Interface Sci. – 2001. Vol. 235. P. 46–58.
30. Чуенкова И.Ю. Неустойчивость поверхности капель магнитной жидкости в электрическом и магнитном полях// XII Рижское совещание по магнитной гидродинамике. Т. 3. Магнитные жидкости. Саласпилс, 1987. С. 95–98.
31. Нечаева О.А. Структурная организация магнитных коллоидов в электрическом и магнитном полях. Дисс. … канд. физ.-мат. наук. Ставрополь, 2003.
32. Цеберс, А.О. О моделях намагничивания коллоида ферромагнетика в гидродинамическом потоке / А.О. Цеберс // Магнитная гидродинамика. – 1975. – №4. – С. 37–44.
33. Усиков, С. В. Электрометрия жидкостей / С. В. Усиков. – Л.: Химия, 1974. –144 с.
34. Лопатин, Б. А. Теоретические основы электрохимических методов анализа / Б. А. Лопатин. – М.: Высшая школа, 1975. – 295 с.
35. Шерман, Ф. Эмульсии / Ф. Шерман. – Л.: Химия, 1972. – 448 с.
36. Zakinyan A., Dikansky Y. // Colloids and Surfaces A. 2011. Vol. 380. P. 314.
37. Kvasov D., Naletova V., Beketova E., Dikanskii Yu. // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2017. Vol. 431. P. 161.
38. Торза С., Кокс Р., Мейсон С. Электрогидродинамическая деформация и разрыв капель / Реология суспензий.- М.: Мир.1975.- С.285.
39. Бекетова Е.С., Нечаева О.А., Мкртчян В.Д.,. Закинян А.Р. ДиканскийЮ.И.//Коллоидный журнал, 2021, том 83, № 2, с. 157–170
40. Цеберс А.О. // Магнитная гидродинамика. 1980. N2.- С.81.
41. Цеберс А.О. // Механика жидкости и газа. 1980. N2.- С.86.
42. Закинян А.Р. Особенности процессов намагничивания и поляризации магниточувствительных эмульсий. Дисс. … канд. физ.-мат. наук. Ставрополь, 2010.
43. Rallison J.M. // Annu. Rev. Fluid Mech. Vol. 16 (1984) P. 45.
44. Диканский Ю.И., Нечаева О.А. // Коллоид. журн. 2003. Т. 65. С. 338.
45. Toth-Katona T., Eber N., Buka A., Krekhov A. // Phys. Rev. E. 2008. V. 78. 036306.
46. Болога М.К., Гросу Ф.П., Кожухарь И.А. Электроконвекция и теплообмен. Кишинев: Изд-во Штиинца, 1977
47. Остроумов Г.А. Взаимодействие электрических и гидродинамических полей. М.: Наука, 1979.
48. Жакин А.И., Кузько А.Е., Кузьменко А.П., Мью Мин Тан, Электронная обработка материалов, 2022, 58(1), 41–57.

Весь текст будет доступен после покупки