techusguИзвестия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологииProceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology2223-1528Юго-Западный государственный университет10.21869/2223-1528-2023-13-4-88-97techusgu-195Research ArticleФИЗИКАPHYSICSАномалии вязкости магнитной жидкости, стабилизированной двойным слоем ПАВ в водеViscosity Anomalies of Magnetic Fluid Stabilized by a Double Layer of Surfactant in Waterhttps://orcid.org/0000-0002-3989-7893ЛебедевА. В.LebedevA. V.

Лебедев Александр Владимирович, доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории динамики дисперсных систем

 ул. Академика Королева, д. 1, г. Пермь 614018

Aleksandr V. Lebedev, Doctor of Sciences (Physics and Mathematics), Senior Researcher at the Laboratory of Disperse Systems Dynamics

1 Academika Koroleva Str., Perm 614018

lav@icmm.ruИнститут механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук – филиал Пермского федерального исследовательского центра Уральского отделения Российской академии наукРоссияInstitute of Continuous Media Mechanics of the Ural Branch of Russian Academy of ScienceRussian Federation2023180120241348897Copyright © Лебедев А.В., 20242024Лебедев А.В.Lebedev A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://techusgu.elpub.ru/jour/article/view/195Цель

Цель. Изучить температурную зависимость вязкости магнитной жидкости на водной основе.

Метод исследования состоит в измерении динамической вязкости магнитной жидкости на основе частиц феррита кобальта, стабилизированных в воде двойным слоем поверхностно активного вещества. В качестве стабилизатора использовалась лауриновая кислота (первый слой) и смесь лауриновой кислоты и додецилсульфата натрия (второй слой). Измерения выполнялись при помощи ротационного вискозиметра Brookfield DV-II+Pro, снабженного системой коаксиальных цилиндров. Измерительная система вискозиметра термостатировалась с помощью термостата КРИО-ВТ-12-1.

Результаты

Результаты. Измерены температурные зависимости динамической вязкости у трех образцов магнитной жидкости на основе частиц феррита кобальта различных концентраций в диапазоне температур 0–90С°. Полученные температурные зависимости вязкости кардинально отличаются от температурных зависимостей, как предсказываемых известными теориями, так и экспериментально наблюдаемыми для магнитных жидкостей на основе керосина. Согласно известным теоретическим моделям отношение вязкости магнитной жидкости к вязкости базовой среды есть некая универсальная функция концентрации частиц. В разных моделях предлагается различный вид этой функции. Но из них однозначно следует, что отношение вязкостей не должно зависеть от температуры. Для магнитных жидкостей на основе керосина экспериментально установлено, что ее относительная вязкость убывает с ростом температуры. Однако согласно полученным результатам относительная вязкость магнитной жидкости на основе воды не убывает с ростом температуры, а существенно растет, то есть вязкость магнитной жидкости на основе воды с ростом температуры убывает медленнее, чем вязкость воды.

Вывод

Вывод. Наблюдаемые зависимости полностью противоречат известным закономерностям, как теоретическим, так и экспериментально установленным для магнитных жидкостей на основе керосина. Полученные результаты могут оказаться полезными для дальнейшего развития теории водных коллоидных растворов со стабилизацией частиц двойным слоем поверхностно-активных веществ.

Purpose to study the temperature dependence of the viscosity of a water-based magnetic fluid.

Method

Method. Consists of measuring the dynamic viscosity of a magnetic fluid based on cobalt ferrite particles stabilized in water by a double layer of surfactant. Lauric acid (first layer) and a mixture of lauric acid and sodium dodecyl sulfate (second layer) were used as a stabilizer. Measurements were performed using a Brookfield DV-II+Pro rotational viscometer equipped with a coaxial cylinder system. The measuring system of the viscometer was thermostated using a KRIO-VT-12-1 thermostat.

Results

Results. The temperature dependences of dynamic viscosity were measured for three samples of magnetic fluid based on cobalt ferrite particles of various concentrations in the temperature range 0–90C°. The obtained temperature dependences of viscosity are radically different from the temperature dependences both predicted by known theories and experimentally observed for kerosene-based magnetic fluids. According to well-known theoretical models, the ratio of the viscosity of the magnetic fluid to the viscosity of the base medium is a certain universal function of particle concentration. Different models offer different types of this feature. But it clearly follows from them that the viscosity ratio should not depend on temperature. For magnetic fluids based on kerosene, it has been experimentally established that its relative viscosity decreases with increasing temperature. However, according to the results obtained, the relative viscosity of a water-based magnetic fluid does not decrease with increasing temperature, but increases significantly. That is, the viscosity of a water-based magnetic fluid decreases more slowly with increasing temperature than the viscosity of water.

Conclusion

Conclusion. The observed dependencies completely contradict the known patterns, both theoretical and experimentally established for kerosene-based magnetic fluids. The results obtained may be useful for the further development of the theory of aqueous colloidal solutions with particle stabilization by a double layer of surfactants.

магнитная жидкостьдинамическая вязкостьдвойной слойводаmagnetic fluiddynamic viscositydouble surfactant layerwaterReferencesШлиомис М. И. Магнитные жидкости // Успехи физических наук. 1974. Т. 112, вып. 3. С. 427–458.Shliomis M. I. Magnetic fluids. Physics-Uspekhi, 1974, vol. 17, pp. 153–169.Розенцвейг Р. Феррогидродинамика / пер. с англ. В. В. Кирюшина; под ред. В. В. Гогосова. М.: Мир, 1989. 357 с.Rosensweig R. E. Ferrohydrodynamics. Cambridge, Cambridge University Press, 1985. 344 р.Лебедев А. В. Различие между броуновским и неелевским механизмами релаксации в подмагничивающем поле // Вестник Пермского университета. Физика. 2021. № 4. С. 14–20. https://doi.org/10.17072/1994-3598-2021-4-14-20.Lebedev A. V. Razlichie mezhdu brounovskim i neelevskim mekhanizmami relaksatsii v podmagnichivayushchem pole [Difference between Brownian and Néel relaxation mechanisms in a magnetizing field]. Vestnik Permskogo universiteta. Fizika = Bulletin of Perm University. Physics, 2021, nо. 4, pp. 14– 20. https://doi.org/10.17072/1994-3598-2021-14-21-20Лебедев А. В. Изменение динамической восприимчивости магнитной жидкости с магнитотвердыми частицами при росте вязкости базовой среды // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2022. Т. 12, № 4. С. 140–151. https://doi.org/10.17072/2223-1528-2022-12-4-140-151.Lebedev A. V. Izmenenie dinamicheskoi vospriimchivosti magnitnoi zhidkosti s magnitotverdymi chastitsami pri roste vyazkosti bazovoi sredy [Change in the dynamic susceptibility of a magnetic fluid with hard magnetic particles with an increase in the viscosity of the base medium]. Izvestiya YugoZapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technologies, 2022, vol. 12, nо. 4, pp. 140–151. https://doi.org/10.17072/2223-1528-2022-12-4-140-151Elmore W.C. On preparation of the magnetite high dispersed // Phys. Rev. 1938. Vol. 54. P. 309– 310.Elmore W. C. On preparation of the magnetite high dispersed. Phys. Rev., 1938, vol. 54, pp. 309– 310.Physico-chemical regularities of obtaining highly dispersed magnetite by the method of chemical condensation / N. M. Gribanov, E. E. Bibik, O. V. Buzunov, V. N. Naumov // Journal on Magnetism and Magnetic Materials. 1990. Vol. 85. P. 7–10.Gribanov N. M., Bibik E. E., Buzunov O. V., Naumov V. N. Physico-chemical regularities of obtaining highly dispersed magnetite by the method of chemical condensation. Journal on Magnetism and Magnetic Materials, 1990, vol. 85, pp. 7–10.А. с. 457666 СССР, МПК С01G 49108. Способ получения феррожидкости / Бибик Е. Е., Лавров И. С. № 1801123; заявл. 22.06.1972; опубл. 25.01.1975. 2 с.Bibik E. E., Lavrov I. S. Sposob polucheniya ferrozhidkosti [Method of obtaining ferrofluid]. Patent SSSR, no. 457666, 1975.Патент 2725231 Росссийская Федерация, МПК С30В 29/26, С01G 49102. Способ получения частиц ферритов / Лысенко С. Н., Якушева Д. Э., Астафьева С. А. № 2019126993; заявл. 27.08.2020; опубл. 30.06.2020. 10 с.Lysenko S. N., Yakusheva D. E., Astafyeva S. A. Sposob polucheniya chastits ferritov [Method for producing ferrite particles]. Patent RF, no. 2725231, 2020.Пшеничников А. Ф. Мост взаимной индуктивности для анализа магнитных жидкостей // Приборы и техника эксперимента. 2007. № 4. С. 88–93.Pshenichnikov A. F. A mutual-inductance bridge for analysis of magnetic fluids. Instruments and Experimental Techniques, 2007, vol. 50, nо. 4, pp. 509–514. http://dx.doi.org/10.1134/S0020441207040136Pshenichnikov A. F., Mekhonoshin V. V., Lebedev A. V. Magneto-granulometric analizis of concentrated ferrocolloids // Journal on Magnetism and Magnetic Materials. 1996. Vol. 161. P. 94–102.Pshenichnikov A. F., Mekhonoshin V. V., Lebedev A. V. Magneto-granulometric analizis of concentrated ferrocolloids. Journal on Magnetism and Magnetic Materials, 1996, vol. 161, pp. 94–102.Bean С. P., Jacobs I. S. Magnetic granulometry and super-magnetism // Journal Applied. Physics. 1956. Vol. 27. P. 1448–1452.Bean С. P., Jacobs I. S. Magnetic granulometry and super-magnetism. Journal Applied Physics. 1956, vol. 27, pp. 1448–1452.Chantrell R. W., Popplewell J., Charles S. R. Measurements of particle size distribution parameters in ferrofluids // IEEE Transactions on Magnetics. 1978. Vol. 14, is. 5. P. 975–977.Chantrell R. W., Popplewell J., Charles S. R. Measurements of particle size distribution parameters in ferrofluids. IEEE Trans. on Magnetics, 1978, vol. 14, is. 5, pp. 975–977.Kaiser R., Miskolczy G. Magnetic properties of stable dispersions of subdomain magnetite particles // Journal Applied Physics. 1970. Vol. 41(3). P. 1064–1072.Kaiser R., Miskolczy G. Magnetic properties of stable dispersions of subdomain magnetite particles. Journal Applied Physics, 1970, vol. 41(3), pp. 1064 –1072.Магнитостатические свойства коллоидов магнетита / Е. Е. Бибик, Б. Я. Матыгуллин, Ю. Л. Райхер, М. И. Шлиомис // Магнитная гидродинамика. 1973. Т. 9, № 1. С. 68–72.Bibik E. E., Matygullin B. Ya., Raykher Yu. L., Shliomis M. I. Magnetostatic properties of magnetite colloids. Magnetohydrodynamics,1973, vol. 9, nо. 1, pp. 58–62.Ivanov A. O., Kuznetsova O. B. Magnetic properties of dense ferrofluids: An influence of interparticle correlations // Phys. Rev. E. 2001. Vol. 64. P. 041405.Ivanov A. O., Kuznetsova O. B. Magnetic properties of dense ferrofluids: An influence of interparticle correlations. Phys. Rev. E., 2001, vol. 64, pp. 041405.Магнитная жидкость для работы в сильных градиентных полях / А. Ф. Пшеничников, А. В. Лебедев, А. В. Радионов, Д. В. Ефремов // Коллоидный журнал. 2015. Т. 77, № 2. С. 207.Pshenichnikov A. F., Lebedev A. V., Radionov A. V., Efremov D. V. A Magnetic fluid for operation in strong gradient fields. Colloid Journal, 2015, vol. 77, nо. 2, pp. 196–201.Пшеничников А. Ф., Гилев В. Г. Реология и намагниченность концентрированных магнетитовых коллоидов // Коллоидный журнал. 1997. Т. 59, № 3. С. 372–379.Pshenichnikov A. F., Gilev V. G. Rheology and magnetization of concentrated magnetite colloids. Colloid Journal, 1997, vol. 59, no. 3, pp. 372–379.Vand V. Viscosity of solution and suspensions // J. Phys. Colloid Chem. 1948. Vol. 52, nо. 2. P. 277–299.Vand V. Viscosity of solution and suspensions. J. Phys. Colloid Chem., 1948, vol. 52, nо. 2, pp. 277–299.Chow T. S. Viscoelasticity of concentrated dispersions // Phys. Rev. E. 1994. Vol. 50. P. 1274.Chow T .S. Viscoelasticity of concentrated dispersions. Phys. Rev. E, 1994, vol. 50, pp. 1274.Chong J. S., Christiansen E. B., Baer A. D. Rheological Properties of Concentration Suspensions // J. Appl. Polym. Sci. 1971. Vol. 15. P. 2007–2021.Chong J. S., Christiansen E. B., Baer A. D. Rheological properties of concentration suspensions. J. Appl. Polym. Sci., 1971, vol. 15, pp. 2007–2021.Лебедев А. В. Вязкость концентрированных коллоидных растворов магнетита // Коллоидный журнал. 2009. Т. 71, № 1. С. 78–83.Lebedev A. V. Viscosity of concentrated colloidal solutions of magnetite. Colloid Journal, 2009, vol. 71, no 1, pp. 82–87.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.