Созданы постоянные жидкие магниты

15 фактов о магнитных жидкостях

Итак, без лишних слов, вот 15 фактов о чудесных материалах, которые являются магнитными жидкостями. Этот список далеко не исчерпывающий и не имеет определенного порядка.

1. Магнитные жидкости, а именно феррожидкости, были разработаны в 1960-х годах Стивом Папелем из НАСА, чтобы помочь перемещать ракетное топливо в условиях микрогравитации.

2. Когда эти жидкости подвергаются воздействию магнитного поля, они имеют тенденцию образовывать характерные шипы или иголки.

3. Большинство магнитных жидкостей не остаются намагниченными в отсутствие внешнего магнитного поля.

4. Феррожидкости обладают сильной окрашивающей способностью и могут окрашивать кожу, стекло и даже керамические поверхности.

5. Настоящая феррожидкость остается стабильной в течение длительного периода времени. Это происходит потому, что содержащиеся в них твердые частицы не агломерируются и не отделяются под действием силы тяжести.

6. Феррожидкости в настоящее время исследуются для лечения опухолей. Идея состоит в том, чтобы ввести их в опухоль и разорвать их на части с помощью магнитных полей.

7. Есть надежда, что магнитные жидкости могут помочь в разработке умных жидкостей в будущем. Такие жидкости могут изменять состояние между твердым и жидким по команде.

8. Некоторые феррожидкости были использованы в системах подвески автомобилей. Изменяя электрический ток через них, жидкость регулирует жесткость подвески в зависимости от условий вождения.

9. Магнитные жидкости становятся все более популярными в качестве художественной среды. В некоторых художественных и научных музеях есть специальные экспонаты, посвященные этим удивительным жидкостям.

10. Возможно, Вы также заметили феррожидкости более чем в нескольких музыкальных клипах. Например, группа Pendulum использовала феррожидкость для музыкального клипа к треку «Акварель».

11. Типичная феррожидкость состоит из 5% магнитных твердых тел, 10% поверхностно-активных веществ и 85% несущей жидкости.

12

Поверхностно-активные вещества имеют жизненно важное значение для феррожидкостей, поскольку они снижают поверхностное натяжение между жидкими и твердыми компонентами. Обычно для этой цели используют олеиновую кислоту, гидроксид тетраметиламмония, лимонную кислоту или соевый лецитин

13. НАСА также экспериментировало с текучими железными жидкостями в замкнутом контуре с электромагнитами в качестве системы контроля высоты.

14. Магнитные жидкости, такие как феррожидкости, сегодня используются в различных технологиях. Применяются в громкоговорителях, компьютерных жестких дисках, двигателях с вращающимся валом и в качестве контрастного вещества для МРТ.

15. Феррожидкости не следует путать с магнитореологическими жидкостями. Последний состоит из частиц микрометрового масштаба, которые со временем осядут под действием силы тяжести.

Второй способ как сделать магнитную жидкость:

Магнитную жидкость можно изготовить еще проще. Существуют диэлектрические магнитные тонеры (ДМ-тонеры) для лазерных принтеров. ДМ-Тонер представляет собой вещество, состоящее из смолы и намагниченной окиси железа. В этом слу­чае без ПАВ можно обойтись.

На 50 мл магнитного тонера нужно взять 2 столовых ложки очень чистого рас­тительного масла.

Тщательно перемешиваем тонер с маслом, вот и всё — магнитная жидкость готова.

P.S.: Я постарался наглядно показать и описать не хитрые советы. Надеюсь, что хоть что-то вам пригодятся. Но это далеко не всё что возможно выдумать, так что дерзайте, и штудируйте сайт https://bip-mip.com/

Первый способ получения магнитной жидкости:

Изготовить своими руками жидкость, реагирующую на магнитное поле, по силам практически каждому — без каких-либо реактивов и всего за несколько минут. Конечно, качество её существенно хуже, чем у полученной химическим пу­тём. В частности, консистенция продукта получается такой, что его скорее мож­но назвать не «жидкостью», а «жижей». Да и время осаждения магнитных частиц достаточно мало — обычно от нескольких секунд до нескольких минут. Зато ника­кой химии и экзотических технологий, лишь просеивание и смешивание. Для того, чтобы сделать «магнитную жижу», требуется всего лишь на­брать необходимое количество мелких стальных опилок. Чем мельче, тем лучше, поэтому наиболее подходящей является стальная пыль, остающаяся после работы «болгарки» или точила.

Пыль собирается магнитом (не слишком сильным — не столько для предотвращения большого остаточного намагничивания, сколько для того, чтобы железные опилки не так интенсивно стремились к нему и увлекали с собой поменьше немагнитной пыли).

Затем для отсева грязи и крупных фракций собранно её можно просеять через ткань на газете. Чем плотнее ткань, тем мельче будет просеянная пыль, но тем дольше придётся трясти мешо­чек.

Ещё раз подчеркну —  стальные частички должны быть как можно мельче. Для по­лучения мелкой стальной пыли следует использовать мелкозернистый (доводочный) точильный круг. В качестве ориентира можно предложить следующее — при рассмотрении невооружённым глазом нельзя определить форму пылинок, на белой бу­маге они выглядят мельчайшими точками. Если форма опилок хорошо различима (при нормальном зрении обычно это соответствует размерам от 0.1-0.3 мм и больше), то такие опилки слишком крупны, они очень быстро осядут и будут практически неподвижными!

Рисунок №1 — Железные опилки и магнит

Отобранная стальная пыль заливается жидкостью, хорошо смачивающей металл. Это может быть обычная вода — желательно, насыщенная поверхностно-активными веществами, то есть мылом или другим моющим средством (пенообразование здесь вредно, поэтому оно должно быть как можно меньше!).

Но! Во избежание быстрой коррозии железных пылинок, способной просто-напросто «съесть» их за несколько дней, для стали лучше использовать жидкое машинное масло. Вполне подойдёт бы­товое — то, что используется для смазки швейных машинок.

Концентрация стальной пыли в жидкости должна быть, с одной стороны, не слишком высокой, чтобы жидкость не стала чересчур густой и вязкой, а с другой стороны, не слишком низкой, иначе перемещение магнитных частиц не сможет ув­лечь с собой сколько-нибудь заметный объём жидкости. Она подбирается опытным путём с помощью постепенного добавления опилок в жидкость, тщательного пере­мешивания и проверки магнитом. Лучше получить небольшой избыток базовой жид­кости, нежели её недостаток, так как в последнем случае подвижность получен­ной субстанции уменьшается очень заметно.

Конкретная величина кри­тической силы магнитного поля зависит как от магнитных свойств используемого металла, так и от силы смачивания металла базовой жидкостью или ПАВ, а также от температуры жидкости и размеров металлических частиц. При снятии магнитного поля подвижность жид­кости восстановится, если остаточная намагниченность будет не слишком боль­шой.

Список литературы

  1. Киселев В.В. К проблеме улучшения триботехнических свойств смазочных материалов.// Известия высших учебных заведений. Химия и хими¬че¬ская технология. – 2006. – Т.49 . – № 12. – С113-114.
  2. Киселев В.В. Меры по снижению износа деталей пожарной техники. / NovaInfo.Ru. – 2016. – Т. 1. – № 51. – С. 37-40.
  3. Киселев В.В., Топоров А.В., Пучков П.В. Перспективы применения магнитожидкостных устройств в пожарной и аварийно-спасательной технике.// Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. – 2010. — №2. – С. 63–64.
  4. Киселев В.В., Топоров А.В., Пучков П.В. Повышение надежности пожарной техники применением модернизированных смазочных материалов.// Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. – 2010. — №3. – С. 24¬–28.
  5. Пучков, П.В. Магнитожидкостное уплотнение подшипника качения / П.В. Пучков, А.В. Топоров, Н.А. Кропотова, И.А. Легкова. – Наука и образование в социокультурном пространстве современного общества: материалы международной научно-практической конференции. – Смоленск, 2016. – С. 33-35.

Применение[править | править код]

Электронные устройстваправить | править код

Ферромагнитная жидкость используются в некоторых высокочастотных динамиках для отвода тепла от звуковой катушки. Одновременно она работает механическим демпфером, подавляя нежелательный резонанс. Ферромагнитная жидкость удерживается в зазоре вокруг звуковой катушки сильным магнитным полем, находясь одновременно в контакте с обеими магнитными поверхностями и с катушкой.

Машиностроениеправить | править код

Ферромагнитная жидкость способна снижать трение. Нанесенная на поверхность достаточно сильного магнита, например неодимового, она позволяет магниту скользить по гладкой поверхности с минимальным сопротивлением.

Ferrari использует магнитореологические жидкости в некоторых моделях машин для улучшения возможностей подвески. Под воздействием электромагнита, контролируемого компьютером, подвеска может мгновенно стать более жесткой или более мягкой. Помимо Ferrari, подобные разработки уже давно нашли применение в автомобилях Audi, Cadillac, BMW и других.

Оборонная промышленностьправить | править код

Военно-воздушные силы США внедрили радиопоглощающее покрытие на основе ферромагнитной жидкости. Снижая отражение электромагнитных волн, оно помогает уменьшить эффективную площадь рассеяния самолета.

Авиакосмическая промышленностьправить | править код

NASA проводило эксперименты по использованию ферромагнитной жидкости в замкнутом кольце как основу для системы стабилизации космического корабля в пространстве. Магнитное поле воздействует на ферромагнитную жидкость в кольце, изменяя момент импульса и влияя на вращение корабля.

Оптикаправить | править код

Ферромагнитные жидкости имеют множество применений в оптике благодаря их преломляющим свойствам. Среди этих применений измерение удельной вязкости жидкости, помещенной между поляризатором и анализатором, освещаемой гелий-неоновым лазером.

Теплопередачаправить | править код

Если воздействовать магнитным полем на ферромагнитную жидкость с разной восприимчивостью (например, из-за температурного градиента) возникает неоднородная магнитная объемная сила, что приводит к форме теплопередачи называемой термомагнитная конвекция. Такая форма теплопередачи может использоваться там, где не годится обычная конвекция, например, в микроустройствах или в условиях пониженной гравитации.

Уже упоминалось использование ферромагнитной жидкости для отвода тепла в динамиках. Жидкость занимает зазор вокруг звуковой катушки, удерживаясь магнитным полем. Поскольку ферромагнитные жидкости обладают парамагнитными свойствами, они подчиняются закону Кюри — Вейса, становясь менее магнитными при повышении температуры. Сильный магнит, расположенный рядом со звуковой катушкой, которая выделяет тепло, притягивает холодную жидкость сильнее, чем горячую, увлекая горячую жидкость от катушки к кулеру. Это эффективный метод охлаждения, который не требует дополнительных затрат энергии.

Генераторыправить | править код

Замороженная или полимеризованная ферромагнитная жидкость, находящаяся в совокупности постоянного (подмагничивающего) и переменного магнитных полей, может служить источником упругих колебаний с частотой переменного поля, что может быть использовано для генерации ультразвука.

Горнорудная промышленностьправить | править код

Ферромагнитная жидкость может быть использована в составе магнитножидкостного сепаратора для очистки от шлиха мелкого золота.

Магнитная жидкость

Феррожидкости существуют с 1960-х годов, и с тех пор они применяются в динамиках, часах, поверхностях, которые  могут менять свою липкость или скользкость по требованию, и могут использоваться для небольших спутников. Но во всех этих случаях жидкость показывает магнетизм только при приложении магнитного поля. Новая магнитная жидкость — первая, которая навсегда останется такой.

«Мы создали новый материал, который является одновременно жидким и магнитным», — говорит Том Рассел, ведущий исследователь. «Никто никогда не наблюдал этого явления раньше. Мы задавались вопросом: «Если магнитная жидкость могла стать временно магнитной, что мы могли бы сделать, чтобы она стала постоянно магнитной, и вела себя как твердый магнит, но при этом выглядела и чувствовала себя как жидкость?»

Ученые начали с 3D-печати 1-миллиметровых капель магнитной жидкости, каждая из которых содержала миллиарды наночастиц оксида железа размером всего 20 нанометров. Они были суспендированы в другом жидком растворе. При ближайшем рассмотрении исследователи обнаружили, что капли сохранили свою форму, потому что наночастицы скопились по краям.

Затем исследователи пропустили магнитную катушку над каплями, которая разожгла их магнетизм. Но в отличие от обычных магнитных жидкостей, этот магнетизм сохранялся даже после удаления катушки. Капли начали вращаться вокруг друг друга в унисон.

Изучив магнитометрию капель, ученые выяснили, почему это так. Каждая наночастица оксида железа в каждой капле сразу реагировала на магнитное поле, и поскольку многие из них были соединены вместе на поверхности, они, по существу, образовывали твердую магнитную оболочку. Эти внешние частицы также передавали свою магнитную ориентацию на наночастицы в ядре каждой капли.

Как и следовало ожидать от магнитной жидкости, материал сохраняет свои магнитные свойства практически в любой форме. Исследователи показали, что они могут делить капли на более мелкие или превращать их в сферы, цилиндры, блины, трубочки и даже в форму осьминога, оставляя при этом магнитными. Кроме того, капли могут быть настроены таким образом, чтобы их магнетизм можно было включать и выключать по желанию.

В целом, эти свойства могут сделать капли очень полезными в роботах или электронных устройствах. Ученые предполагают, что капли могут быть использованы для создания искусственных клеток или роботов с магнитным управлением, которые доставляют лекарства в организм. опубликовано econet.ru  

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

Как работают ферромагнитные жидкости?

Феррожидкости, как мы видели, содержат мельчайшие частицы окиси железа. Когда магнит притягивается близко к жидкости, эти частицы притягиваются к ней.

Это обычно приводит к тому, что жидкость создает удивительные выглядящие иглы или шипы. Причина этого кроется в сложном взаимодействии различных сил.

Частицы оксида железа притягиваются к магнитному полю, а также само магнитное поле притягивается к жидкости.

Частицы и масло работают вместе как единое целое благодаря наличию поверхностно-активного вещества. Один конец поверхностно-активного вещества плотно прилегает к частицам оксида железа, а другой также удерживает масло.

Это предотвращает скопление и отделение частиц оксида железа от масляного носителя — как вы могли бы увидеть, если бы просто смешали частицы масла и частицы оксида железа.

Из-за этого феррожидкость в целом направляется в концентрированные колонны.

В то же время сила тяжести пытается оттянуть колонны вниз, в то время как поверхностное натяжение масла заставляет каждую колонку тянуть себя, создавая характерные иглы жидкости.

Вода и магнит = жидкий магнит

В разделе: Вода | и в подразделах: видео. | Автор-компилятор статьи: Лев Александрович Дебаркадер

Продолжаем раздел «Вода» статьёй Вода и магнит = жидкий магнит. Где расскажем вам о том, что получится, если соединить магнит и воду (плюс ещё кое-что). И не только расскажем, но и покажем на видео. И, вполне возможно, вы захотите попробовать сделать жидкий магнит – или посмотреть на то, каким он бывает, на видео в конце статьи. 

Вода и магнит = жидкий магнит. Конечно же, нужна не просто вода из-под крана, а дистиллированная вода. И магнит на самом деле не магнит, а специальное вещество, обладающее магнитными свойствами тогда, когда на неё воздействует магнитное поле. Да и кроме воды и магнита там веществ немеряно (чтобы жидкий магнит не портился со временем). В общем, сложно, Но, что интересно, можно.

Для начала поговорим про жидкий магнит в общем. Уже давно люди пытались получить магнитные жидкости путем взбалтывания тонких порошков из ферромагнитного материала в воде, масле и других жидкостях. Но ничего путного не получалось, взвесь порошка в жидкости – суспензия – распадалась, и порошок оседал: слишком крупными и тяжелыми оказывались частички материала.

Но вот в 60-х гг. XX в. порошок феррита был настолько хорошо размолот в шаровой мельнице, что, будучи засыпан в смесь керосина и олеиновой кислоты, перестал осаждаться. Человечество получило жидкий магнит.

Оказалось, что магнитная жидкость обладает новыми, очень интересными свойствами. Прежде всего, магнитная жидкость – это не ферромагнетик, а сильнейший парамагнетик – суперпарамагнетик. Если налить магнитную жидкость в стакан и снизу поднести магнит, то она образует на первый взгляд совершенно неправдоподобную для жидкостей пучность – бугор, почти твердый на ощупь.

Если поднести магнит сбоку, то жидкость полезет на стенку и может подняться за магнитом как угодно высоко. Если ее разлить по поверхности воды, то опущенным в воду магнитом можно быстро собрать ее на полюсе магнита. Плохо, если это постоянный магнит, не так-то просто будет «оторвать» цепкую жидкость от магнита. Если магнитную жидкость лить струйкой из одного стакана в другой, то ее очень легко похитить, поднеся к струйке сбоку магнит.

Сейчас для магнитных жидкостей придумали множество полезных применений: для уплотнения валов и поршней, для «вечной» смазки, для сбора нефти, разлитой на воде, для обогащения полезных ископаемых, для лечения и диагностики многих болезней и даже для прямого превращения тепловой энергии в механическую.

И, наконец, применение, имеющее отношение к текущему разделу и подразделу «Чистая вода». На разлившееся пятно с вертолета разбрызгивают небольшое количество магнитной жидкости, которая быстро растворяется в нефтяном пятне, затем в воду погружают сильные магниты, и пятно начинает стягиваться в точку, здесь же его откачивают насосы. Вода вновь становится чистой.

Но тем не менее, жидкий магнит – это красиво. И поэтому – как сделать жидкий магнит, интересное видео – вашему вниманию. 

Ферромагнитные частицы

Перечень магнитных дефектоскопов.

Ферромагнитные частицы ( играющие роль индикатора) стягиваются к месту наибольшей концентрации силовых линий рассеянного поля. В качестве ферромагнитных частиц ( индикаторов поля рассеяния) служат магнитные порошки или суспензии различного состава. Чувствительность метода зависит от свойств металла и геометрических форм испытуемой детали, от метода намагничивания, напряженности магнитного поля и многих других факторов. Контроль делится на три этапа: 1) намагничивание исследуемого объекта; 2) нанесение индикаторной среды и регистрация имеющихся на его поверхности дефектов; 3) размагничивание объекта. Необходимым условием для выявления дефектов магнитным порошковым методом является перпендикулярное расположение дефектов к направлению магнитного поля, поэтому деталь проверяют в двух взаимно перпендикулярных направлениях. В табл. 12 приведены магнитные дефектоскопы, выпускаемые отечественными заводами.

Схема электрозарядного эмульгатора.

Ферромагнитные частицы, помещенные в аппарат с вихревым магнитным полем, вызывают интенсивное перемешивание с одновременным воздействием на среду электромагнитного поля, локальных высоких давлений, акустических колебаний.

Ферромагнитные частицы загружаются в реакционную емкость с помощью электромагнитного дозатора. Управление дозатором — дистанционное с лицевой панели. Массу ферромагнитных частиц определяют по показаниям микроамперметра.

Ферромагнитные частицы при соударении друг с другом и трении могут с поверхности измельчаться и загрязнять обрабатываемый продукт. В агрессивных средах материал частиц также вступает во взаимодействие со средой, образуя нежелательные примеси.

Ферромагнитные частицы, прилипшие к кольцам фильтра, образуют своеобразную щетку, с помощью которой улавливаются диа — и парамагнитные включения.

Схема электрозарядного эмульгатора.

Ферромагнитные частицы, помещенные в аппарат с вихревым магнитным полем, вызывают интенсивное перемешивание с одновременным воздействием на среду электромагнитного поля, локальных высоких давлений, акустических колебаний. Такие аппараты используют для обработки жидких сред с температурой не выше 100 С, давлением не более 0 25 МПа и динамической вязкостью до 100 Пас.

Ферромагнитные частицы порошка в магнитном поле дефекта перемещаются следующим образом. В однородном магнитном поле оба полюса частицы находятся в поле одинаковой напряженности, и поэтому в нем на частицу действует только вращающий момент, стремящийся установить частицу вдоль поля. В неоднородном магнитном поле, каким является поле дефекта, напряженность меняется с расстоянием.

Поэтому ферромагнитные частицы, попадающие в его зону, оказываются под действием затягивающих сил, осаждающих частицы над дефектом.

В контуре ферромагнитные частицы — вода переменное магнитное поле индуцирует электродвижущую силу, в результате чего в контуре частицы — вода, а возможно и в рабочей камере, если последняя выполнена из электропроводящего материала, возникает ток. При непрерывном хаотическом движении ферромагнитных частиц разрывается непосредственный контакт между ферромагнитными частицами, а также между частицами и рабочей камерой, что и обусловливает протекание электролиза и электрохимическое растворение частиц и поверхности рабочей камеры, выделение водорода и кислорода

Последний обладает сильной химической активностью, что весьма важно для обработки воды.

В таком поле ферромагнитные частицы, вращающиеся с переменной угловой скоростью, равномерно распределяются по всему объему рабочей зоны, что исключает проскок непрореагировавших веществ при непрерывном ведении технологического процесса. Следовательно, для ABC целесообразно применять двухполюсные индукторы в явнополюсном исполнении.

Принципиальная схема центробежного очистителя ( центрифуги.

Магнитные фильтры задерживают мельчайшие ферромагнитные частицы, отделить которые механическими фильтрами невозможно.

Описание[править | править код]

Фотография ферромагнитной жидкости под воздействием магнитного поля (крупный план).

Ферромагнитные жидкости состоят из частиц нанометровых размеров (обычный размер 10 нм или меньше) магнетита, гематита или другого материала, содержащего железо, взвешенных в несущей жидкости. Они достаточно малы, чтобы тепловое движение распределило их равномерно по несущей жидкости, чтобы они давали вклад в реакцию жидкости в целом на магнитное поле. Аналогичным образом ионы в водных растворах парамагнитных солей (например, водный раствор сульфата меди(II) или хлорида марганца(II)) придают раствору парамагнитные свойства.

Ферромагнитные жидкости это коллоидные растворы — вещества, обладающие свойствами более чем одного состояния материи. В данном случае два состояния это твердый металл и жидкость, в которой он содержится. Эта способность изменять состояние под воздействием магнитного поля позволяет использовать ферромагнитные жидкости в качестве уплотнителей, смазки, а также может открыть другие применения в будущих наноэлектромеханических системах.

Ферромагнитные жидкости устойчивы: их твердые частицы не слипаются и не выделяются в отдельную фазу даже в очень сильном магнитном поле. Тем не менее, ПАВ в составе жидкости имеют свойство распадаться со временем (примерно несколько лет), и в конце концов частицы слипнутся, выделятся из жидкости и перестанут влиять на реакцию жидкости на магнитное поле. Также ферромагнитные жидкости теряют свои магнитные свойства при своей температуре Кюри, которая для них зависит от конкретного материала ферромагнитных частиц, ПАВ и несущей жидкости.

Термин «магнитореологическая жидкость» относится к жидкостям, которые подобно ферромагнитным жидкостям затвердевают в присутствии магнитного поля. Разница между ферромагнитной жидкостью и магнитореологической жидкостью в размере частиц. Частицы в ферромагнитной жидкости это в основном частицы нанометровых размеров, находящиеся во взвешенном состоянии из-за броуновского движения и не оседающие в нормальных условиях. Частицы в магнитореологической жидкости в основном микрометрового размера (на 1—3 порядка больше); они слишком тяжелы, чтобы броуновское движение поддерживало их во взвешенном состоянии, и поэтому со временем оседают из-за естественной разности в плотности частиц и несущей жидкости. Как следствие, у этих двух типов жидкостей разные области применения.

Неустойчивость в нормально направленном полеправить | править код

Ферромагнитная жидкость проявляет неустойчивость в нормально направленном поле неодимового магнита под поверхностью

Под воздействием довольно сильного вертикально направленного магнитного поля поверхность жидкости с парамагнитными свойствами самопроизвольно формирует регулярную структуру из складок. Этот эффект известен как «неустойчивость в нормально направленном поле». Формирование складок увеличивает свободную энергию поверхности и гравитационную энергию жидкости, но уменьшает энергию магнитного поля. Такая конфигурация возникает только при превышении критического значения магнитного поля, когда уменьшение его энергии превосходит вклад от увеличения свободной энергии поверхности и гравитационной энергии жидкости. У ферромагнитных жидкостей очень высокая магнитная восприимчивость, и для критического магнитного поля, чтобы возникли складки на поверхности, может быть достаточно маленького стержневого магнита.

Похожие материалы

  • К вопросу о повышении ремонтопригодности и долговечности инструмента — «ротяжка»
  • К вопросу о проблеме атмосферной коррозии стальных конструкций
  • Исследование механических свойств деталей, упрочненных различными способами
  • Технические решения по модернизации конструкции станков для скатки и перекатки пожарных рукавов
  • Использование терморасширенного графита в пожарной технике

Магнитные жидкости — это двухфазные высокодисперсные суспензии (коллоидные растворы) состоящие из твердых ферромагнитных материалов, (диаметр одной частицы ферро- или ферримагнетика составляет около 10 нанометров) с жидкостной основой, такой как вода, жидкие углеводороды, кремний- и фторорганические жидкости. Третья фаза в растворе — поверхностно-активная защитная оболочка толщиной около 2 нанометров на поверхности частиц . Структура и состав магнитной жидкости представлены на рисунке 1.

Рисунок 1. Структура магнитной жидкости: 1- магнитная частица; 2 — полярная группа молекулы ПАВ; 3 — цепочечная часть молекулы ПАВ; 4 — жидкость — носитель.

Магнитные жидкости макроскопически однородны, не расслаиваются в магнитных и гравитационных полях неограниченное время. Их физико-химические свойства зависят от характеристик приложенного магнитного поля и могут изменяться в широких пределах.

Магнитные жидкости уникальны тем, что высокая текучесть сочетается в них с высокой намагниченностью — в десятки тысяч раз большей, чем у обычных жидкостей. Внешнее магнитное поле ориентирует магнитные моменты частиц, что приводит к изменению магнитных, оптических и реологических свойств раствора. Ценным свойством магнитной жидкости является их свойство магнитовосприимчивости (магниточувствительности). Под влиянием магнитного поля они могут перемещаться в зону наибольшей его напряженности или удерживаться в ней. Наглядным свидетельством того, что магнитная жидкость реагирует на действие магнитного поля, является изменением формы ее свободной поверхности. При нахождении жидкости в магнитном поле ее свободная поверхность приобретает форму, соответствующую магнитному полю см. рис. 2.

Рисунок 2. Свободная поверхность магнитной жидкости в магнитном поле.

Различают следующие компоненты магнитной жидкости:

Магнитная фаза

Основной компонент МЖ, от которого зависят её магнитные свойства, — дисперсный ферри- или ферромагнетик. Типичными ферримагнетиками являются ферриты — химические соединения оксида железа Fe2O3 с оксидами металлов, имеющие общую формулу MFe2O4 (ферриты-шпинели) или MFe5O12 (ферриты-гранаты) и др. Из ферримагнетиков в промышленной МЖ наиболее широкое применение получил магнетит FeO•Fe2O3.

Дисперсионная среда (основа, носитель)

Основу для МЖ выбирают из жидкостей различных классов в зависимости от назначения МЖ. Основные критерии выбора, это вязкость и плотность основы, её активность по отношению к магнитной фазе и стабилизатору, испаряемость, температурный диапазон работоспособности, совместимость с другими рабочими жидкостями в различных устройствах и др.

Для устройств, работающих в условиях вакуума можно использовать магнитную жидкость только на полиэтилсилоксановой основе т.к. она устойчива к испарению в условиях вакуума. Для устройств и механизмов, работающих в условиях Земной поверхности (при обычной гравитации и нормальном атмосферном давлении) можно использовать в качестве смазки магнитную жидкость на основе масел, воды, керосина, жидких металлов и т. д.

Стабилизирующая фаза

Классический стабилизатор для МЖ олеиновая кислота. Это одна из высших жирных кислот, широко применяемая в комбинации с магнетитом и углеводородными основами. В качестве ПАВ стабилизаторов для углеводородных сред, кроме олеиновой, используют ундециловую и рицинолевую кислоты, производные полифосфорной кислоты, янтарной кислоты, додециламин и полиизобутилен.

МЖ на кремнийорганической основе по сравнению с минеральным маслом обладают худшими смазочными свойствами. МЖ на основе различных минеральных масел с противоизносными добавками могут обеспечить интенсивность изнашивания, меньшую, чем МЖ на основе кремнийорганической жидкости, но магнитная жидкость имеет ряд преимуществ перед другими смазочными материалами:

  1. магнитная жидкость имеет ценное свойство магнитоуправляемости;
  2. компоненты МЖ устойчивы к испарению в условиях вакуума.

Магнитная жидкость на основе кремнийорганической жидкости на воздухе несколько уступает по смазочным свойствам магнитным жидкостям на основе минерального масла, но в вакууме обеспечивает лучшее смазывание и меньший коэффициент трения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector