Дипольное взаимодействие частиц в магнитной жидкости, стабилизированной двойным слоем ПАВ в воде

Цель работы: изучить влияние межчастичных диполь-дипольных взаимодействий на восприимчивость магнитной жидкости, стабилизированной двойным слоем ПАВ в воде.

Метод исследования состоит в измерении начальной дифференциальной восприимчивости магнитной жидкости в зависимости от ее концентрации. Было исследовано три образца жидкости на основе частиц магнетита, отличающихся составом стабилизирующих оболочек. В качестве стабилизатора для первого слоя использовались кислоты: лауриновая (С12), декановая (С10) и октановая (С8). Второй слой стабилизирующей оболочки образовывал додецил сульфат натрия с небольшой долей соответствующей кислоты. Измерения восприимчивости выполнялись на установке для измерения кривых намагничивания. Концентрация образцов определялась по их намагниченности насыщения.

Результаты. Измерены концентрационные зависимости начальной восприимчивости у трех образцов магнитной жидкости на основе частиц магнетита. Произведено сравнение полученных результатов с теорией модифицированного эффективного поля А.О. Иванова и среднесферической моделью. Обе теории предсказывают завышенные величины восприимчивости по отношению к экспериментальным значениям. Теория модифицированного эффективного поля завышает результаты на 20%, среднесферическая модель - на 12%. Показано, что корректная интерпретация концентрационной зависимости восприимчивости образцов магнитных жидкостей возможна только путем аппроксимации отношения восприимчивости к намагниченности насыщения. На основе этой аппроксимации для описания концентрационной зависимости восприимчивости предложена эмпирическая формула в виде полинома третьей степени с отрицательным кубическим слагаемым.

Вывод. Таким образом, полученные результаты требуют построения новой или модификации старых теорий диполь-дипольного взаимодействия частиц магнетита в водных коллоидных растворах со стабилизацией частиц двойным слоем поверхностно-активного вещества.

1. Шлиомис М.И. Магнитные жидкости // Успехи физических наук. 1974. Т. 112, вып. 3. С. 435-458. https://doi.org/10.3367/UFNr.0112.197403b.0427

2. Розенцвейг Р. Феррогидродинамика / пер. с англ. под ред. В.В. Гогосова. М.: Изд-во Мир, 1989. 356 с.

3. Lebedev A.V. Magnetic fluids stabilized with double layers of surfactants in water reject the known models of rheology and dipole - dipole interaction // Colloid Journal. 2024. Vol. 86, no. 4. P. 538-546. https://doi.org/10.1134/S1061933X24600362

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

5. The initial magnetic susceptibility of polydisperse ferrofluids: A comparison between experiment and theory over a wide range of concentration / A.Y. Solovyova, O.A. Goldina, A.O. Ivanov, A.V. Lebedev, E.A. Elfimova // Journal of Chemical Physics. 2016. Vol. 145. P. 084909. https://doi.org/10.1063/1.4961405

6. 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.

7. Pshenichnikov A. F. Equilibrium magnetization of concentrated ferrocolloids // Journal on Magnetism and Magnetic Materials. 1995. Vol. 145. P. 319.

8. Pshenichnikov A.F., Lebedev A.V. Low-temperature susceptibility of concentrated magnetic // Journal of Chemical Physics. 2004. Vol. 121, по. 11. P. 5455. https://doi.org/10.1063/1.1778135

9. Лебедев А.В. Дипольное взаимодействие частиц в магнитных жидкостях // Коллоидный журнал. 2014. Т. 76, № 3. С. 363. https://doi.org/10.7868/S0023291214030100

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

11. 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.

12. Method of preparing a water-base magnetic fluid: pat. 4094804А USA, H01F 1/445 / Shimoiizaka J. Appl. 05.01.1977; publ. 13.06.78.

13. Dilution stable water based magnetic fluids: pat. 4208294 USA, H01F 1/44 / Khalafalla S.E., Reimers G.W., Rholl S.A. Appl. 12.02.1979; publ. 13.06.1980.

14. Способ получения феррожидкости: А. с. 457666 СССР, МПК G11B 5/84 / Бибик Е.Е., Лавров И.С. № 1801123/23-26; заявл. 22.06.72; опубл. 25.01.75, Бюл. № 3.

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

16. Лебедев А.В. Измерение кривых намагничивания магнитных жидкостей: сравнение метода дифференциальной прогонки и вибрационного магнитометра // Приборы и техника эксперимента. 2024. № 6.

17. 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.

18. Wertheim M.S. Exact solution of the mean spherical model for fluids of hard spheres with permanent electric moments // J. Chem. Phys. 1971. Vol. 55, no. 9. P. 4291.

19. Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей // Собрание избранных трудов. Т. 3. М.: Изд-во АН СССР, 1952.

20. Пшеничников А.Ф., Лебедев А.В., Морозов К.И. Влияние межчастичного взаимодействия на магнитостатические свойства магнитных жидкостей // Магнитная гидродинамика. 1987. № 1. С. 37.