Аномалии вязкости магнитной жидкости, стабилизированной двойным слоем ПАВ в воде

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. 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. 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.

1. Шлиомис М. И. Магнитные жидкости // Успехи физических наук. 1974. Т. 112, вып. 3. С. 427–458.

2. Розенцвейг Р. Феррогидродинамика / пер. с англ. В. В. Кирюшина; под ред. В. В. Гогосова. М.: Мир, 1989. 357 с.

3. 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.

4. Лебедев 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.

5. Elmore W.C. On preparation of the magnetite high dispersed // Phys. Rev. 1938. Vol. 54. P. 309– 310.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. Пшеничников А. Ф. Мост взаимной индуктивности для анализа магнитных жидкостей // Приборы и техника эксперимента. 2007. № 4. С. 88–93.

10. Pshenichnikov 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.

11. Bean С. P., Jacobs I. S. Magnetic granulometry and super-magnetism // Journal Applied. Physics. 1956. Vol. 27. P. 1448–1452.

12. 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.

13. Kaiser R., Miskolczy G. Magnetic properties of stable dispersions of subdomain magnetite particles // Journal Applied Physics. 1970. Vol. 41(3). P. 1064–1072.

14. 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.

15. Ivanov A. O., Kuznetsova O. B. Magnetic properties of dense ferrofluids: An influence of interparticle correlations // Phys. Rev. E. 2001. Vol. 64. P. 041405.

16. 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.

17. Пшеничников А. Ф., Гилев В. Г. Реология и намагниченность концентрированных магнетитовых коллоидов // Коллоидный журнал. 1997. Т. 59, № 3. С. 372–379.

18. Vand V. Viscosity of solution and suspensions // J. Phys. Colloid Chem. 1948. Vol. 52, nо. 2. P. 277–299.

19. Chow T. S. Viscoelasticity of concentrated dispersions // Phys. Rev. E. 1994. Vol. 50. P. 1274.

20. Chong J. S., Christiansen E. B., Baer A. D. Rheological Properties of Concentration Suspensions // J. Appl. Polym. Sci. 1971. Vol. 15. P. 2007–2021.

21. Лебедев А. В. Вязкость концентрированных коллоидных растворов магнетита // Коллоидный журнал. 2009. Т. 71, № 1. С. 78–83.