Влияние внешнего магнитного поля на вязкость электропроводящих магнитных жидкостей

   Цель. Теоретическое исследование влияния внешнего магнитного поля на сдвиговой и объемной вязкости электропроводящих магнитных жидкостей.

   Методы. Применен метод молекулярно-кинетической теории, который с использованием кинетических уравнений для одночастичных и двухчастичных функций распределения позволяет исследовать динамические процессы переноса в электропроводящих магнитных жидкостях. При построении кинетических уравнений электропроводящая магнитная жидкость рассматривается как многокомпонентная система, в которой немагнитная и магнитная подсистемы считаются независимыми, а магнитные частицы и вещества стабилизатора тесно взаимодействуют между собой.

   Результаты. На основе динамических выражений для коэффициентов сдвиговой и объемной вязкости, учитывающих механизмы трансляционной и структурной релаксационных процессов, проведена серия численных расчетов зависимости коэффициентов сдвиговой и объемной вязкости от напряженности внешнего магнитного поля, объемной концентрации магнитных частиц и концентрации металлических добавок в электропроводящих магнитных жидкостях на основе ртути и эвтектического сплава галлия и индия. Показано, что с возрастанием величины внешнего магнитного поля коэффициенты сдвиговой и объемной вязкости в электропроводящих магнитных жидкостях нелинейно возрастают. Увеличение объемной концентрации магнитных частиц также приводит к нелинейному возрастанию коэффициентов сдвиговой и объемной вязкости.

   Заключение. Приведенные численные расчеты коэффициентов сдвиговой и объемной вязкости в зависимости от концентрации металлических добавок показали, что применение металлических добавок в электропроводящих магнитных жидкостях приводит к заметному снижению их вязкости. Показано, что полученные результаты находятся в хорошем согласии с имеющимися литературными данными и могут быть полезными для дальнейшего развития теории процессов переноса в электропроводящих магнитных жидкостях.

1. Luborsky F. E. The formation of elongated Iron and Iron-Cobalt particles by electrodeposition into mercury // J. Electrochem. Soc. 1961. Vol. 108, no. 12. P. 1138–1146. doi: 10.1149/1.2427972

2. Luborsky F. E., Opie J. D. Adsorption of metals on iron particles in mercury // Journal of Applied Physics. 1963. Vol. 34, no. 4. P. 1317–1318. doi: 10.1063/1.1729488

3. Shepherd P. G., Popplewell J., Charles S. W. A method of producing ferrofluid with Gadolinium particles // Journal of Physics D: Applied Physics. 1970. Vol. 3, no. 12. P. 1985–1987. doi: 10.1088/0022-3727/3/12/430

4. Shepherd P. G., Popplewell J. Ferrofluids containing Ni-Fe alloy particles // Philosophical Magazine. 1971. Vol. 23, no. 181. P. 239–242. doi: 10.1080/14786437108216378

5. Kagan I. Ya., Rykov V. G., Yantovskii E. I. Ferromagnetic electrically conducting liquids // Magnetohydrodynamics. 1970. Vol. 6, no. 3. P. 441–443. doi: 10.22364/mhd

6. Charles S. W., Popplewell J. The magnetic properties of ferromagnetic liquids containing Iron particles in mercury // IEE Transaction on Magnetics. 1976. Vol. MAG–12, no. 6. P. 795–797. doi: 10.1109/TMAG.1976.1059172

7. Popplewell J., Charles S. W., Hoon S. R. Aggregate formation in metallic fepromagnetic liquids // IEE Transaction on Magnetics. 1980. Vol. MAG–16, no. 2. P. 191–196. doi: 10.1109/TMAG.1980.1060585

8. Dixon T. S., Charles S. W., Popplewell J. The effect of the addition of antimony on the physical and magnetic properties of Iron particles in mercury // J. Phys. F: Metal Phys. 1981. Vol. 11, no. 9. P. 1931–1941. URL: https://www.researchgate.net/publication/231127220_The_effect_of_the_addition_of_antimony_on_the_physical_and_magnetic_properties_of_iron_particles_in_mercury

9. Федоненко А. И., Смирнов В. И. Взаимодействие частиц и агрегирование в электропроводных магнитных жидкостях // Магнитная гидродинамика. 1983. № 4. С. 49–52. doi: 10.22364/mhd

10. Abu-Aljarayesh I., Abu-Libdeh A. Initial susceptibility of Iron in mercury magnetic fluids // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 1991. Vol. 96. P. 89–96. doi: 10.1016/0304-8853(91)90614-G

11. Abu-Aljarayesh I., Bayrakdar A., Yusuf N.A., Abu-Safia H. Ac susceptibility of cobalt in mercury magnetic fluids // Journal of Applied Physics. 1993. Vol. 73, no. 10. P. 6970–6972. doi: 10.1063/1.352400

12. Dubois E., Chevalet J., Massart R. Magnetic conductive liquids: preparation and properties of Iron nanoparticles in mercury // Journal of Molecular Liquids. 1999. Vol. 83. P. 243–254. doi: 10.1016/S0167-7322(99)00089-6

13. Mercury-based Cobalt magnetic fluids and cobalt nanoparticles / R. Massart, B. Rasolonjatovo, S. Neveu, V. Cabuil // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2007. Vol. 308, no. 1. P. 10–14. doi: 10.1016/j.jmmm.2006.04.024

14. Influence of microstructure on physico-mechanical properties of liquid-metal-based magnetic colloids / V. A. Alekseev, I. Yu. Veprik., S. G. Minukov, A. I. Fedonenko // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 1990. Vol. 85, no. 1-3. P. 133–136. doi: 10.1016/0304-8853%2890%2990036-P

15. Sviklis B. B. Magnetic properties of highly conducting magnetic liquids // Magnetohydrodynamics. 1982. Vol. 18, no. 3. P. 241–244. doi: 10.22364/mhd

16. Itami T., Saito J.-I., Ara K. The promising features of new nano liquid metals–liquid sodium containing titanium nanoparticles (LSnanop) // Metals. 2015. Vol. 5, no. 3. P. 1212–1240. doi: 10.3390/met5031212

17. Saito J.-I., Itami T., Ara K. The preparation, physicochemical properties, and the cohesive energy of liquid sodium containing Titanium nanoparticles // Journal of Nanoparticle Research. 2012. Vol. 14. P. 1298(1–17). doi: 10.1007/s11051-012-1298-2

18. Outgassing performance of an ionic liquid-based magnetic fluid / Okabe Takao, Kondob Yukishige, Yoshimotoc Shigeka, Sasakic Shinya // Vacuum. 2019. Vol. 164. P. 34–40. doi: 10.1016/j.vacuum.2019.02.047

19. Mussel-inspired multifunctional integrated liquid metal-based magnetic suspensions with rheological, magnetic, electrical, and thermal reinforcement / Lu Yongyu, Che Zhanxun, Fangyuan Sun, Sen Chen, He Zhou, Pengju Zhang, Yang Yu, Lei Sheng, Jing Liu // ACS Applied Materials & Interfaces. 2021. Vol. 13, no. 4. P. 5256–5265. doi: 10.1021/acsami.0c20485

20. Liquid metal Ga-Sn alloy based ferrofluids with amorphous nano-sized Fe-Co-B magnetic particles / Yang Chuncheng, Liu Zhong, Yu Mengchun, Bian Xiufang // Journal of Materials Science. 2020. Vol. 55. P. 13303–13313. https://link.springer.com/article/10.1007/s10853-020-04908-9

21. Комилов К., Зарифзода А. К. Релаксационные процессы и вязкоупругие свойства электропроводящих магнитных жидкостей // Вестник Таджикского национального университета. Серия естественных наук. 2022. № 3. С. 195–212.

22. Лебедев А. В. Аномалии вязкости магнитной жидкости, стабилизированной двойным слоем ПАВ в воде // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2023. Т. 13, № 4. С. 88–97. doi: 10.21869/2223-1528-2023-13-4-88-97

23. Development of magnetic liquid metal suspensions for magnetohydrodynamics / F. Carle, K. Bai, J. Casara, K. Vanderlick, E. Brown // Physical Review Fluids. 2017. Vol. 2, no. 1. P. 013301(1–20). doi: 10.1103/PhysRevFluids.2.013301

24. Keeling L., Charles S.W., Popplewell J. The prevention of diffusional growth of cobalt particles in mercury // Journal of Physics F: Metal Physics. 1984. Vol. 14, no. 12. P. 3093–3100. doi: 10.1088/0305-4608/14/12/030

25. Комилов К., Зарипов А. К. О частотной дисперсии коэффициентов вязкости и модулей упругости электропроводных магнитных жидкостей // Вестник Таджикского национального университета. Серия естественных наук. 2018. № 3. С. 130–136.

26. Комилов К., Зарипов А. К., Убайди Абдул Маджид. Частотная дисперсия коэффициента сдвиговой вязкости и магнитовязкий эффект в магнитных жидкостях // Журнал физической химии. 2020. Т. 94, № 8. С. 1279–1284. doi: 10.31857/S0044453720080166