Р. Розенцвейг - Феррогидродинамика, страница 10

Заметим, что температура реакции превышает 111'С вЂ” точку кипения толуола. Приготовленная магнитная жидкость с частицами кобальта имела намагниченность насыщения 29 кА м-' (370 Гс) н вязкость в несколько сантипуазов. Стабилизация частиц магнетита зарядом Массар (Маззаг1, 1981) описал способ приготовления магнитной жидкости на воде без использования стабилизирующего органического вещества.

Водная смесь треххлорнстого и двух- хлористого железа добавлялась к раствору аммиака; в результате выпадал желатиноподобный осадок. Осадок механически отделялся от раствора н далее использовался одним из двух способов. Пептнзацией осадка водной гидроокисью тетраметиламмония приготовлялась магнитная жидкость на основе щелочи. Перемешиванием осадка с водным раствором перхлорной кислоты получали кислую золь, которую далее подвергали центрнфугированию.

Пептнзация производилась простым добавлением воды. Предполагается, что отрицательные заряды коллондов в щелочном растворе н положительные заряды коллондов в кислой среде являются следствием адсорбции ионов ОН- и Н,О+ соответственно. Устойчивость коллондов появляется нз-за электростатического отталкивания магнитных частиц. Коллонды с показателем рН от 5 до 9 коагулируют из-за недостаточного поверхностного заряда. В этом диапазоне рН, по-виднмому, невозможно создать устойчивые водные золя без поверхностно- активных веществ. Сообщается, что средний размер частиц равен 12 нм. Интересующийся читатель может обратиться к работе (Кгпу(, 1952), где имеется общее обсуждение вопроса о стабилизация коллондов при помощи механизма с электрическим двойным слоем.

Химические методы предпочтительнее механических: онн более быстрые, необходимое время исчисляется минутами нлн ча- 2.4. Другие магнитные жидкости 57 сами вместо недель и месяцев, они могут быть дешевле, но эти методы ограничены лишь некоторым числом соединений. Спе- циальные жидкости изготовляются преимущественно методом уменьшения размера частиц. 2.4. ДРУГИЕ МАГНИТНЫЕ ЖИДКОСТИ Растворы парамагнитных солей Сульфид < сульфат < перхлорат < хлорид < нитрат.

Таким образом, хлориды и нитраты — наиболее полезные соединения. В табл. 2.1 перечислены физические характеристики, Таблица 2Л. Характеристики растворов царамагиктных солей (25'С) Намагниченность Мсж. Тл Предел раствори. мости. кг м Восириимчнвость. к=м1й Парамагнитнан соль Вязкость, Н с м ран=в тл р н=зо тл г'еС! з М о С! з Но(НОз)з 1320 1470 1980 0,0009 0,0018 0,0055 0,009 0,018 0,055 0,0080 0,0074 0,0125 0,00046 0,00090 0,00276 включая восприимчивость 7 = !т!/Н, для некоторых из многих магнитных растворов, получаемых таким образом.

Раствор парамагнитной соли применяется при сортировке минералов по степени плавучести в сильных (2 Тл) полях магнитов с железным ярмом. Для реализации стационарного процесса с еще более сильным (20 Тл) полем из табл. 2.1 потребовался бы источник поля с использованием сверхпроводимости. Значения восприимчивости из табл. 2.1 могут быть пересчитаны для других температур при помощи закона Кюри т = С)Т, Из более чем 100 известных элементов бб элементов — пара- магнетики. Свойство парамагнетизма наиболее резко выражено у элементов, имеющих незаполненные внутренние оболочки с непарными электронами. Это свойство встречается в группе железа (Ог, Мп, Ре, Ы! и Со) и в группе щелочных редкоземельных элементов (Сг), ТЬ, Ру, Но, Ег).

Оно особенно характерно для марганца из первой группы н для гольмия, диспрозия и эрбия из второй группы. Андрэ (Апг)гез, 1976) показал, что водные растворы парамагнитных солей этих элементов являются магнитными жидкостями с малой восприимчивостью н большой величиной поля насыщения. Водная растворимость этих солей меняется в следующем порядке: 2. Магнитные жидкости где Т вЂ” абсолютная температура и С вЂ” постоянная. Это простое соотношение неприменимо в очень сильных магнитных полях и при очень низких температурах, когда парамагнитные соли достигают состояния насыщения. Магнитная жидкость на основе металла Магнитная жидкость с носителем из жидкого металла очень желательна для приложений, где бы очень пригодилась ее вы.

сокая теплопроводность и другие свойства жидкого металла. К таким приложениям относятся, например, электрические контактные кольца для вращающихся валов, высокоскоростные уплотнители и подшипники и системы с магнетокалорическим преобразованием энергии. Подходящими жидкими металлами могли бы быть ртуть, галлий, олово и легкоплавкие сплавы с индием или висмутом. Имеется и подходящая техника электроосаждения для приготовления мелких однодоменных ферромагнитных металлических частиц и введения их в жидкий металлический носитель. В электролитическую ячейку вводятся соли ферромагнитных металлов, растворенные в воде или в спирте, совместно с жидким металлом в качестве катода.

Во время процесса осаждения жидкий металл надо тщательно перемешивать, чтобы сохранить ма.пенький размер частиц и предотвратить их древовидное разрастание. Железо, никель, кобальт и их сплавы осаждались таким способом в ртуть и сплавы ртути. Механизм стерической стабилизации непригоден для жидких металлов, и на сегодня нет реально устойчивых суспензий (Козепзчсе1д, Ка1зег, 1967; Спаг1ез, Рорр!ечсе!1, !980).

Хотя электро- осаждением, например, в ртуть, получаются очень мелкие ферромагнитные частицы, хорошо смачиваемые ртутью, в неоднородном магнитном поле из смеси выделяется часть ртути без железистых частиц. Оставшийся концентрированный магнитный осадок густой и имеет вязкопластические свойства. Небольшая добавка металлической присадки, растворимой в носителе, но образующей нерастворимое в металле соединение с ферромагнитной частицей, например добавка олова к железным частицам в ртути, улучшает реологию магнитной жидкости и дает другие выгоды благодаря образованию на поверхности частиц нерастворимого немагнитного слоя.

Здесь необходимы дальнейшие исследования физики поверхностных и коллоидных явлений в коллоидных системах металла в металле; особый интерес привлекают исследования переноса заряда электронами между разнородными металлами и отталкивающих сил, которые могли бы появиться между заряженными частицами суспензии. 2.5. Поверхностная абсорбция и стеринеская стабилизация бЯ 2.5. ПОВЕРХНОСТНАЯ АДСОРБЦИЯ И СТЕРИЧЕСКАЯ СТАБИЛИЗАЦИЯ Как отмечалось в равд. 2.1, защита от сил притяжения Ван дер Ваальса составляет трудную проблему при приготовлении коллоидных частиц, устойчивых по отношению к взаимной агломерации. К счастью, существует механизм, ие позволяющий частицам сблизиться настолько, чтобы силы притяжения Ван дер Ваальса возобладали. Такой механизм состоит в йдсорборованиая хвост полярная группа депоч Ддсордироваллал Неадсордировалная полярная головка полярная группа (о) (Ь) Рис.

2.5. Молекулы, адсорбированные на поверхности коллоидных магнитных частиц, (а) Молекулы поверхносгно-активного вещества с полярной группой в головке и длинным хвостом-цепочкой; (Ь) многократная адсорбция полн- мерных молекул с полярными группами, распределенными вдоль цепочек. стерическом отталкивании длинных молекулярных цепочек, адсорбированных на поверхности частиц (рис. 2.5).

Полярные группы адсорбированных молекул физическим или химическим образом соединяются с поверхностью частиц, образуя оболочку, которая выглядит жидкой. Хвосты молекул подбираются со свойствами, близкими к свойствам окружающей жидкой матрицы или несущей жидкости. Можно понять, что две сближающиеся друг с другом частицы при соприкосновении начинают сжимать окружающие их адсорбированные оболочки, которые веду~ себя как упругие амортизаторы. Теперь рассмотрим модель, в которой дается полуколичественное описание энергии отталкивания, затрачиваемой на сжатие оболочек.

Механизм стерического отталкивания Мейкор (Маског, !95!) моделировал стерическое отталкивание при помощи статистики движения твердой палочки, закрепленной на фиксированном шарнире. Предполагается, что полярная группа «головки» адсорбированной молекулы внедряется в ео 2. Магнитные жидкости поверхность, так что «хвостовая» палочка может двигаться под действием теплового движения внутри полусферы (рис. 2.6).

Мейкор получил следующее выражение для энергии отталкивания плоских поверхностей: е, ! з(1 — з/26), з/(26) ~ (1, йг 1.0, з/(26) ) 1, где й — поверхностная концентрация адсорбированных молекул, з — расстояние между поверхностями, й — постоянная Больцмана, Т вЂ температу, Е„ — энергия отталкивания, рассчитанная (2.11) Исключенные ариеншации палочек Шарнир (а) з1 >23 (Ь] зх«26 Рнс. 2.Е. Геометрическая модель механизма стернческого отталкивания. (а) Поверхности, расстояние между которыми больше удвоенной длины хвостовой цепочки, не отталкиваются. (Ь) Прн близком сближении поверхностей область, доступная для палочек, уменьшается, что приводит к появлению газоподобного расклнннвающего давления. на единицу площади поверхности, и б — длина адсорбированнон молекулы.