Изменение динамической восприимчивости магнитной жидкости с магнитотвердыми частицами при росте вязкости базовой среды

Цель работы. Выяснить, в какой степени влияет неелевский механизм релаксации намагниченности на динамическую восприимчивость магнитной жидкости на основе магнитожестких частиц феррита кобальта.

Метод исследования состоит в измерении динамической восприимчивости магнитной жидкости на основе частиц феррита кобальта, диспергированных в воде. Измерения выполнялись при помощи моста взаимной индукции. В наших экспериментах время броуновской релаксации намагниченности варьировалось путем последовательного добавления небольших количеств поливинилового спирта. При этом все остальные  параметры жидкости, такие как температура, концентрация, дисперсный состав оставались постоянными. 

Результаты. Измерены частотные зависимости динамической восприимчивости у четырех образцов жидкости с вязкостями 3,4; 8,3; 23 и 117 сПз при комнатной температуре. Полученные зависимости имеют квазидебаевский вид с выраженным максимумом на частотной зависимости мнимой части динамической восприимчивости. С ростом вязкости магнитной жидкости у полученных зависимостей наблюдается постепенное увеличение характерного времени релаксации намагниченности. Максимум диссипации энергии (положение максимума на мнимой части восприимчивости) смещается в сторону низких частот. При этом смещение максимума значительно опережает рост вязкости жидкости. Также непрерывно растет и относительная ширина максимума поглощения энергии.

Вывод. Наблюдаемые зависимости невозможно объяснить на основе представлений о полной вмороженности магнитных моментов частиц. Очевидно, что неелевский механизм релаксации намагниченности продолжает играть значительную роль в процессе динамического намагничивания частиц феррита кобальта. Полученные результаты могут служить основой для дальнейшего развития теории неелевской релаксации намагниченности частиц нанометровых размеров.

1. Шлиомис М. И. Магнитные жидкости // Успехи физических наук. 1974. Т. 112, вып. 3. С. 435–458.

2. Raikher Y. L., Stepanov V. I. Linear and cubic dynamic susceptibilities of superparamagnetic fine particles // Physical Review B. 1997. 55, nо. 22. P. 15005–15017.

3. Raikher Yu. L., Stepanov V. I. Physical aspects of magnetic hyperthermia: Low-frequency ac field absorption in a magnetic colloid // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2014. Vol. 368. P. 421– 427. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2014.01.070

4. Пшеничников А. Ф., Лебедев А. В. Динамическая восприимчивость магнитных жидкостей // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1989. Т. 95, вып. 3. С. 869–876.

5. 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

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

7. 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.

8. Бибик Е. Е., Лавров И. С. А. с. 457666 СССР, МПК С016G 49/08. Способ получения феррожидкости. № 1801123; заявл. 22.06.1972; опубл. 25.01.1975, Бюл. № 3.

9. Патент № 2725231 Российская Федерация, МПК С30В 29/26. Способ получения частиц ферритов / Лысенко С. Н., Якушева Д. Э., Астафьева С. А. № 2019126993; заявл. 27.08.2019; опубл. 30.06.2020, Бюл. № 19.

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

11. Kaiser R., Miskolczy G. Magnetic properties of stable dispersions of subdomain magnetite particles // Journal Applied Physics. 1970. Vol. 41. P. 1064.

12. Магнитостатические свойства коллоидов магнетита / Е. Е. Бибик, Б. Я. Матыгуллин, Ю. Л. Райхер, М. И. Шлиомис // Магнитная гидродинамика. 1973. Т. 9. С. 68.

13. Chantrell R. W., Popplewell J., Charles S. R. Measurements of particle size distribution parameters in ferrofluids // IEEE Transfction on Magnetics. 1978. Vol. 14(5). P. 975–977.

14. 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.

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. Иванов А. О., Кузнецова О. Б. Магнитогранулометрический анализ ферроколлоидов: модифицированная модель среднего поля второго порядка // Коллоидный журнал. 2006. Т. 68. С. 472– 484.

17. Лебедев А. В. Дипольное взаимодействие частиц в магнитных жидкостях // Коллоидный журнал. 2014. Т. 76, № 3. С. 363.

18. 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. С. 207.

19. Таблицы физических величин: справочник / под ред. акад. И. К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. 1008 с.

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