Формирование структуры в магнитной жидкости при воздействии поляризующего напряжения

3.2. Изменение эффективной диэлектрической проницаемости
как следствие процессов структурирования слоя магнитной жидкости 76
Глава 4. ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ В ПОСТОЯННОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ.......................................84
4.1. Эффективная диэлектрическая проницаемость и электропроводность слоя магнитной жидкости в электрическом и магнитном полях.........84
4.2. Электрофизические параметры слоя магнитной жидкости
в различных электродных системах.................................92
4.3. Влияние концентрации поверхностно-активных веществ
на диэлектрические свойства слоя магнитной жидкости..............109
4.4. Структурирование слоя магнитной жидкости при изменении дисперсионной среды и концентрации поверхностно-активного вещества... 116
Глава 5. МОДЕЛЬ СЛОЯ ПРИ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СВОЙСТВ МАГНИТ! ЮЙ ЖИДКОСТИ..............................124
5.1. Многофакторная модель поведения слоя магнитной жидкости при изменении внешних воздействий....................................124
5.2. Моделирование распределения диэлектрической проницаемости
слоя магнитной жидкости с учетом приэлектродных областей.........130
5.3. Изменения эффективной диэлектрической проницаемости слоя магнитной жидкости как проявление сегнетоэлектрических и электретных свойств..............................................138
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.......................................................149
ПРИЛОЖЕНИЯ.......................................................151
ЛИТЕРАТУРА.......................................................181
5
Достижение указанной цели ставит следующие задачи:
- создание экспериментальной установки для исследования влияния температуры, межэлектродного расстояния, поляризующего напряжения на электрофизические параметры слоев магнитной жидкости;
- исследование зависимости электроемкости, электропроводности и тангенса угла диэлектрических потерь слоя магнитной жидкости и ее компонентов от вышеуказанных воздействий;
- исследование диэлектрической проницаемости слоя магнитной жидкости в элек трическом и магнитном полях;
- исследование взаимосвязи структурирования слоя магнитной жидкости с изменениями диэлектрической проницаемости;
- создание математической модели поведения слоя магнитной жидкости при изменении внешних воздействий.
Научная новизна диссертации заключается в следующем:
1. Впервые показано, что подача поляризующего напряжения приводит к нелинейному изменению электроемкости с выраженным максимумом, положение которого определяется межэлектродным расстоянием и концентрацией твердой фазы. Найдены границы нарастания и снижения ее немонотонной зависимости в концентрационном диапазоне магни тных жидкостей от 2 до 14%.
2. Впервые экспериментально установлена взаимосвязь диэлектрических свойств магнитной жидкости с процессом структурирования приэлектродных областей в электрическом и магнитном полях. В концентрационном диапазоне от 2 до 14% вид с труктурных образований зависит от концентрации твердой фазы, межэлектродного расстояния, свойств дисперсионной среды, воздействия электрического поля различной полярности и дополнительного приложения магнитного.
3. Впервые установлено, что воздействие температуры, не меняя качественного характера изменения электроемкости в поляризующем напряжении, вы-
6
зывает ее увеличение. Формирование температурного максимума диэлектрической проницаемости наблюдается до 80°С и не зависит от концентрации твердой фазы и свойств дисперсионной среды.
4. Впервые показано уменьшение диэлектрической проницаемости слоя магнитной жидкости при воздействии магнитного поля. Установленный диэлектрический гистерезис позволяет выдвинуть гипотезу о том, что электрическое поле совместно с магнитным “индуцирует” переход слоя магнитной жидкости в состояние, энергетически близкое к сегнетоэлектрическому.
5. Впервые проведено моделирование распределения диэлектрической проницаемости в слое магнитной жидкости, что позволило обосновать взаимосвязь нелинейного изменения электроемкости с процессами изменения структурного состояния приэлсктродной области в поляризующем напряжении. Предложены многофакторные математические модели, описывающие диэлектрические свойства слоя магнитной жидкости в поляризующем напряжении при изменении температуры, концентрации и межэлектродного расстояния.
Достоверность представленных в диссертационной работе результатов обеспечивается проведением исследований с использованием апробированных экспериментальных методик, получением представительной выборки экспериментальных результатов (2300 опытов), достаточной для анализа и опенки погрешностей измерений. Сформулированные в диссертации научные положения и выводы обоснованы теоретическими решениями, не противоречащими известным положениям наук физики конденсированного состояния, электрофизики, физики магнитных явлений; согласуются с известным опытом исследования диэлектрических свойств дисперсных систем и процессов их структурирования.
Практическая ценность состоит в том, что полученные результаты экспериментальных исследований слоя магнитной жидкости могут быть использованы при проектировании и модернизации устройств индикации наличия внешних электростатических полей; емкостных датчиков температуры, электрофорезных
7
индикаторов; позволяют уточнить представление о процессах структурирования для использования в управлении электрическими параметрами тонких пленок. Автор защищает:
1. Результаты экспериментального исследования электрофизических параметров слоя магнитной жидкости различной толщины в электрическом и магнитном нолях при изменении температуры.
2. Экспериментальное и теоретическое обоснование эффекта нелинейного изменения электроемкости при воздействии поляризующего напряжения.
3. Взаимосвязь эффективной диэлектрической проницаемости с процессом структурирования приэлектродных областей слоя магнитной жидкости в электрическом и магнитном полях
4. Моделирование распределения диэлектрической проницаемости и многофакторные регрессионные модели поведения слоя магнитной жидкости при воздействии поляризующего напряжения.
Апробация работы Результаты исследования докладывались на:
- Международной 11 Зимней школе по механике сплошных сред (Пермь,
1997г.);
- XXYI-XXX научно-технических конференциях СевКавГГУ (Ставрополь, 1996-2000гг.); региональных и межвузовских конференциях “Вузовская наука -Северо-Кавказскому региону” (Ставрополь, 1996-1999гг);
- всероссийских научно-технических конференциях: “Физико-химические и прикладные проблемы магнитных жидкостей”, “Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе” (Ставрополь,
1997, 2001гг.);
- 8-й и 9-й Международных конференциях по магнитным жидкостям (Плес,
1998, 2000гг);
- 9th International Conference on Magnetic Fluids. Bremen, 23rvi-27,h July, 2001.
ъ
- научно-практической конференции “Химия твердого тела и современные мик-ро- и нанотехнологии” (Кисловодск, 2001г.);
По теме диссертации опубликовано 26 работ, в том числе 9 статей.
Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, 5-ти глав, заключения и списка литературы. Диссертация содержит 150 страниц текста, 66 рисунков, списка литературы из 165 наименований и приложений на 28 страницах.
В первой главе сделан обзор теоретических и экспериментальных работ, посвященных исследованию электрофизических свойств жидких диэлектриков, дисперсных систем и магнитных жидкостей. Внимание уделено работам, направленным на изучение процессов структурирования при воздействии электрического и магнитного полей и их влияния на физические свойства МЖ. На основании выполненного литературного обзора обоснована необходимость экспериментального изучения электрофизических параметров слоев МЖ, соизмеримых с приэлектродными.
Вторая глава содержит описание объекта исследования, экспериментальных установок, а также результатов исследования электрофизических параметров слоя МЖ различной толщины и се дисперсионных сред при изменении температуры. В качестве объекта исследования выбраны образцы магнитной жидкости типа “магнетит в керосине” с объемной концентрацией твердой фазы от 2 до 14%, дисперсионные среды (керосин, трансформаторное масло, полиметил-силоксан) и поверхностно-активное вещество (ПАВ) - олеиновая кислота. Представлены схемы экспериментальных установок, описание их метрологических характеристик, приведены оценки погрешности измерений.
Исследования электрофизических свойств МЖ показали, что на рост величин эффективной диэлектрической проницаемости (с) и тангенса угла диэлектрических потерь ^8) в функции уменьшения б, оказывает влияние и объемная концентрация твердой фазы. Получена нелинейная зависимость электропроводности от концентрации твердой фазы с максимумом в области от 6 до 10%. По-
3
казано, что увеличение температуры стимулирует рост величин С, а и tg$ , не изменяя при этом характера их зависимостей от концентрации твердой фазы. В результате исследования электрофизических параметров слоя магнитной жидкости от размера межэлектродного промежутка при изменении температуры установлена концентрационная область от 6 до 10%, в которой обнаружены максимальные величины электропроводности, 1§б и температурного коэффициента емкости.
Третья глава содержит результаты экспериментального исследования воздействия поляризующего напряжения на слой магнитной жидкости. Эксперименты показали, что подача поляризующего напряжения приводит к нелинейному изменению электроемкости с выраженным максимумом, положение которого определяется межзлектродным расстоянием и концентрацией твердой фазы. Микроскопическими наблюдениями установлено, что максимальные величины электроемкости обусловлены возникновением устойчивых периодических структур в приэлектродных областях слоя МЖ, вид которых зависит от концентрации твердой фазы и межэлектродного расстояния. Дополнительное воздействие температуры стимулирует процессы структурирования: не меняя качественного характера изменения электроемкости в функции от поляризующего напряжения, вызывает ее увеличение.
Четвертая глава отражает результаты дополнительного воздействия магнитного поля на слой МЖ, приводящие к снижению ориентационной поляризации, обусловленной электрическим полем. Показано наличие диэлектрического гистерезиса, площадь петли которого зависит от величины магнитного поля. Воздействие магнитного поля приводит к трансформации структурных образований приэлектродных областей слоя МЖ и расширению области устойчивого структурирования на приграничные максимуму электроемкости. Изменения характера поведения электроемкости и электропроводности при избытке свободной олеиновой кислоты объясняется появлением дополнительных носителей заряда, способствующих формированию упорядоченных структур.
УО
Пятая глава посвящена моделированию распределения диэлектрической проницаемости в слое магнитной жидкости и статистической обработке результатов исследования: установлению связи между параметрами и составлению математического описания зависимости электроемкости в поляризующем напряжении от изменений концентрации, межэлектродного расстояния и температуры. На основе экспериментальных данных построены регрессионные модели, связывающие совокупность исследуемых параметров, подобраны коэффициенты корреляции и выполнен расчет погрешностей.
Изменения диэлектрических свойств слоя магнитной жидкости при воздействии поляризующего напряжения, температуры и магнитного поля аналогичны таковым для сегнстоэлектрических материалов.
В заключении сделаны основные выводы по результатам диссертационной работы.
У/
ГЛАВА 1. ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ЖИДКИХ ДИЭЛЕКТРИКАХ И МАГНИТОДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДИСПЕРСНЫХ
СИСТЕМАХ
1.1. Электрофизические параметры дисперсных систем
Широкое применение дисперсных материалов на практике вызывает необходимость в теоретическом исследовании их электрофизических свойств, зависящих от соответствующих свойств фаз, структуры их расположения в материале и параметров внешнего электрического поля. В ряде случаев реальный вклад дисперсных частиц в электропроводность и диэлек трическую проницаемость дисперсных систем оказывается более значительным, чем это представляется в свете существующих теоретических представлений. Некоторые из рассматриваемых ниже работ были посвящены изучению именно этих вопросов.
Так в [1], оценено влияние двойных электрических слоев, образующихся вблизи частиц, на электропроводность суспензий. Исследована зависимость структуры таких слоев от концентрации дисперсной фазы в растворе электролита, его силы и особенностей адсорбции ионов на поверхности частиц. Используя теорию эффективной проводимости разбавленных систем с непроводящими частицами, изложенную в [2], рассматривают влияние двойного слоя на электропроводность умеренно концентрированных систем, когда обе фазы проводники. Представленные зависимости эффективной электропроводности от величины поверхностной проводимости частиц указывают на ее увеличение с ростом концентрации твердой фазы. Электрокинетические явления в растворах электролитов зависят от концентрации в них заряженных частиц и ионов. Изменение заряда частиц и структуры двойных слоев с повышением концентрации дисперсной фазы сказывается на эффектах коагуляции, агрегирования и устойчивости коллоидов. Целью работы [3] являлось исследование природы электропроводности углеводородных растворов диалкилдитиофосфата бария,
12
широко применяемого в качестве присадки к моторным маслам. Получена температурно-концентрационная зависимость электропроводности гексановых растворов диалкилдитиофосфата бария. Исследования мольной электропроводности показали, что с ростом концентрации электропроводность снижается, но при достижении концентрации 1*10'2кмоль/м3 отмечается ее увеличение. С ростом температуры характерные изломы на кривой электропроводности сдвигаются в область более высоких концентраций. Отмеченный характер температурно-концентрационной зависимости электропроводности связывают с перестройкой структуры раствора, т.е. с взаимодействием молекул.
Влиянию относительной диэлектрической проницаемости и удельной проводимости углеводородных сред па порог возникновения электрогидроди-намичсских потоков и их роль в миграции частиц в межэлектродном пространстве посвящена работа [4]. В качестве дисперсионной среды использовался авиационный керосин ТС-1. Относительная диэлектрическая проницаемость (в) менялась путем введения полярных добавок с различной собственной диэлектрической проницаемостью, которые легко смешиваются с углеводородом. Электрические параметры изучались в конденсаторе с гладкими рабочими цилиндрами. Для определения диэлектрической проницаемости применялся мостовой метод измерения, проводимость на постоянном токе определялась тер-раометром. Источником постоянного тока являлся стабилизированный выпрямитель с регулируемым напряжением от 0,6 до 4 кВ. С увеличением количества полярного вещества относительная диэлектрическая проницаемость вначале медленно увеличивалась с малым углом наклона, а затем резко возрастала. Оказалось, чем выше собственная диэлектрическая проницаемость полярного вещества, тем при меньшей его концентрации наблюдается перегиб на кривой е=Г(С). С увеличением концентрации полярных веществ растет и удельная проводимость системы. Резкое изменение относительной диэлектрической проницаемости углеводородной среды при увеличении содержания полярных добавок связывается, как и в работе [3] с образованием ассоциатов. При переходе к
/5
системам с концентрацией полярных добавок, соответствующей точке перегиба, т.е. при интенсивном росте диэлектрической проницаемости и электропроводности, наблюдается движение дисперсионной среды. Дальнейшее увеличение диэлектрической проницаемости приводит к возникновению конвективных потоков. Электрогидродинамическис потоки захватывают частицы дисперсной фазы и переносят их в приэлекгродное пространство. При исследовании незаряженных части дисперсной фазы, образующихся вследствие поляризационных явлений в межэлектродном пространстве структуры, видно, что ЭГД-течения разрушают цепочки частиц, замыкающих электроды, и выводят их в приэлсктродную область. Комплексные исследования диэлектрических и оптических свойств углеводородных дисперсных систем с различными добавками полярных веществ показали, что ЭГД-течения можно регулировать путем изменения относительной диэлектрической проницаемости и проводимости.
В работе [5] решается теоретическая задача влияния объемного заряда на движение дисперсных частиц с постоянным но времени распределением концентрации дисперсной фазы в поле плоскопараллельного конденсатора. Перераспределение концентрации частиц в межэлектродном зазоре приводит к возникновению свободного объемного заряда, учитываемого уравнением Остро-
Щх)
градского-Гаусса 6о6' ~ ?1С1 Кх) ~ Я2С2\Х),
где С] - электрический заряд; £’(*)- перераспределение концентрации частиц в межэлектродном пространстве, в котором пренебрегается поляризацией частиц дисперсной фазы. Оценка влияния концентрации дисперсной фазы на электрическое поле в межэлектродном зазоре показала значительное изменение величины электрического поля при объемных концентрациях >0,1%. При этом вблизи электродов формируются гомозаряды, что создает предпосылки для гидродинамической неустойчивости в виде конвективных ячеек.
Теория низкочастотной дисперсии диэлектрической проницаемости суспензий, обусловленной концентрационной поляризацией частиц, строится в ос-
/4
новном лишь для предельно разбавленных суспензий [6]. В работе [7] рассматривается низкочастотная дисперсия диэлектрической проницаемости монодис-персной суспензии сферических частиц без ограничения на их концентрацию. В частности, когда эффективная электропроводность частиц обусловлена исключительно противоионами и существенно превышает электропроводность дис-
, 2Г
персионной среды, так что выполняется неравенство К + > *е,
где к19к°иа- соответственно объемная электропроводность частиц, поверхностная проводимость и радиус частиц; ке - объемная электропроводность дисперсионной среды. Полученные результаты дают возможность определения параметров внутренней структуры но измерениям низкочастотной диэлектрической дисперсии. В работе [8] рассмотрены вопросы низкочастотного приэлек-тродного импеданса дисперсных частиц. Установлено, что концентрационная поляризация частиц сопровождается возникновением диффузионного потенциала, который порождается поляризационными зарядами. Для частиц, достаточно близких к электроду, часть этих поляризационных зарядов выделяется на электроде, что приводит к дополнительному вкладу дисперсных частиц в электропроводность дисперсной системы. Дается количественная оценка этого эффекта. В работе [9] предложено новое определение диэлектрической проницаемости дисперсной системы при условии равенства энергий поляризованной дисперсной системы и равновеликого сферического однородного тела. Равенство этих энергий привело к формуле расчета диэлектрической проницаемости, учитывающей диполь-диполыюе взаимодействие для средней диэлектрической проницаемости дисперсной системы. Работа [10] посвящена исследованию движения незаряженных частиц в неоднородном электрическом поле дисперсной системы - диэлектрофореза в углеводородных средах. Объект исследования - сферические частицы стекла, диспергированные в углеводородных средах. Диаметр частиц 7-30 мкм. Дисперсионная среда - вазелиновое масло (с=2,2; Х=5*Ю'150м‘1см’1; Г|=91,6 сП) и его смеси с четыреххлористым углеродом
15
I О I |
(8=2,2; л=4*10‘ Ом'см' ; г|=0,97 сП). Экспериментальная установка: измерительная кювета глубиной 5*10°м, представляющая собой систему коаксиальных цилиндров. Установлено, что диэлектрофорез проявляется в системах с крупными частицами и низкой вязкостью дисперсионной среды. В [11, 12] рассматриваются вопросы нелинейности электрофореза, обусловленного подвижностью адсорбированных ионов. В [И] определено пороговое значение напряженности электрического поля Е-100 В/см для частиц размером Юмкм, когда можно ожидать нелинейности электрофореза. Получено решение задачи о поляризации слоя адсорбированных на поверхности частицы ионов [12] при пороговой напряженности поля и определена оптимальная форма частиц, при которой значительно снижается пороговая величина поля. В [13] приведены алгоритмы расчета поляризационных электрических и диффузионных полей в окрестностях сферической частицы с двойным слоем произвольной толщины Нарушение электронейтральности частицы с двойным слоем в сильном электрическом иоле приводит к появлению сверхдальнодействующих поляризационных полей. Поляризационные электрические, диффузионные и гидродинамические поля определяют взаимодействие частиц друг с другом и с внешним полем. Нелинейная задача физико-химической гидродинамики, описывающая поляризацию в сильных полях сферической частицы с двойным электрическим слоем произвольной толщины, в [14] сведена к решению системы линейных дифференциальных уравнений и граничных условий для нахождения электрических, концентрационных и гидродинамических полей по напряженности внешнего электрического поля. Установлено, что в однородном внешнем иоле индуцированные мультипольные моменты 2г,-го порядка возникают в п-м приближении по напряженности внешнего поля. Причем, плотность поляризационных зарядов спадает настолько медленно, что обуславливает нетривиальную зависимость свойств поляризованной дисперсной системы от ее объема.
Круг нелинейных электрокинетических явлений в дисперсных системах гораздо более широк и разнообразен, однако изучен недостаточно, чем линей-
16
ные электроповерхностные явления. Среди нелинейных по полю эффектов, следует указать на квадратичные - ориентацию поляризованных частиц, лежащую в основе многих электрооптических явлений [15, 16], диэлектрофорез или диполофорез [17], поляризационное взаимодействие дисперсных частиц [18]; кубические - нелинейный электрофорез и электропроводность [19], а также наблюдающийся на частицах макроскопических размеров электрофорез 2-го рода. Но наибольшее число теоретических и экспериментальных работ в области нелинейных кинетических явлений в дисперсных системах посвящено квадратичным эффектам, что ставит дополнительные задачи для изучения таких параметров как электропроводность и диэлектрическая проницаемость в магнитодиэлектрических дисперсных системах.
1.2. Электропроводность и диэлектрическая проницаемость
магнитной жидкости
Современное состояние экспериментальных исследований и практического применения магнитных жидкостей характеризуется наибольшим интересом, а соответственно - степенью исследованности таких электрофизических свойств как электропроводность, диэлектрическая проницаемость, электрическая прочность и тангенс угла диэлектрических потерь. Важно отметить, что магнитная жидкость является сложной гетерогенной системой, состоящей из частиц магнетита, покрытых оболочкой поверхностно-активного вещества (ПАВ) - дисперсной фазы и жидкого неполярного диэлектрика (основы) - дисперсионной среды. Следовательно, электрофизические параметры определяются соответственно свойствами основы, ПАВ и твердой фазы, вклад которых в суммарные свойства, очевидно, различен. В рамках исследований электропроводности магнитной жидкости в работе [20] представлены характеристики концентрационной удельной электрической проводимости (ст) МЖ (магнетит в керосине), измеренной на постоянном токе. Отмечается немонотонная зависи-
17
мость электропроводности от концентрации твердой фазы, а также существование максимального значения в области концентраций от 9 до 16%, достигаю-
А I 1
щего величины о- = 2*10' Ом' м' . Приведенные в [20] сопоставительные данные с результатами работы [21] подтверждают аналогичный характер зависимости ст=Г(С.%), а наблюдаемые расхождения в величине сг вызваны разными температурными условиями экспериментов. Так в [20], измерения проводились при температуре 50°С, а в [21] температура не указана, но вероятно, ниже 50°С. В работе [22] также подтверждена сложная зависимость а=й(С,%) и отмечен максимум электропроводности в области концентраций от 12 до 15%, но отсутствие указания порядка в величине удельной электропроводности не дает возможности для сопоставления с результатами других исследований. В [23,24] приведены результаты различных авторов. Величина максимальной электро-
О 11
проводности равна 2*10' Ом' м' и приходится также на ранее указанную область концентраций твердой фазы от 9 до 16%. Немонотонный характер этой зависимости обусловлен, по мнению автора [23], средней скоростью движения
_ у п^.и
примесных ионов и в поле единичной напряженности: & = прхми = ——(рху
$
где V*- объем твердой частицы; <р5- концентрация твердой фазы; Ь1- количество частиц магнетита; п* - количество примесных ионов 1-го сорта; Zj - заряд 1-го иона, приходящийся на одну магнитную частицу; суммарный заряд, создаваемый ионами одного сорта. В [25] приведены концентрационные зависимости эффективной электропроводности МЖ (магнетит в керосине), при этом максимальное значение а приходится на область концентраций от 10 до 15% и равно 4*10'° Ом'1 м'!; температура не указана. Различия в величинах электропроводности могут быть обусловлены как разной степенью отмывки коллоидных частиц магнетита, полученных методом химической конденсации [20], так и различием условий проведения испытаний: температуры, объема измерительной ячейки, материала электродов (только в работе [25] указано, что расстояние между электродами в ячейке составляло 2 мм). По мнению авторов [20-
а
25], электропроводность магнитной жидкости обуславливается проводимостью основы (ионами примесей основы) и проводимостью, связанной с переносом заряда вдоль поверхности частиц или агрегатов. При этом общую электропроводность выражают как [22]: а = ау + а*,
где сгу - объемная составляющая электрической проводимости, обусловленная проводимостью основы; а5 - составляющая, обусловленная переносом заряда вдоль поверхности частиц и их агрегатов. Нелинейность зависимости электропроводности от концентрации твердой фазы, а также наличие максимума электропроводности объясняется: а) при малых концентрациях твердой фазы, когда а5<суу, электропроводность обуславливается в основном подвижностью ионов основы и растет пропорционально концентрации твердой фазы;
б) с ростом концентрации твердой фазы увеличивается также концентрация носителей заряда, связанного с частицами и уменьшается объемная составляющая электропроводности ст8>ау; в) при достижении определенных концентраций, когда а5»ау, ограничивается и подвижность носителей заряда, связанных с частицами твердой фазы [25]: наблюдается уменьшение общей электропроводности магнитной жидкости.
Величина удельной электропроводности магнетитовых МЖ на углеводородной основе, измеренная на переменном токе 1=60 Гц [37], имеет тот же порядок, что и проводимость, измеренная на постоянном токе: <т=10'6 См/м. Зависимость электропроводности от концентрации дисперсной фазы для МЖ на основе керосина также имеет максимум [301. Электроды выполнялись в виде дисков диаметром 45мм, расстояние между ними 0,5мм. Измерения проводились при температуре 20±0,5°С. Максимум электропроводности а<Ю‘6Ом'1 м*1 наблюдался при характерной для исследуемого типа МЖ концентрации 12%. Ис-
А
пользуемые в МЖ частицы имели размер 10‘ м. Представленные результаты экспериментального исследования электропроводности МЖ в зависимости от объемной концентрации дисперсной фазы и данные работ [24, 25] согласуются с представлениями о строении стабилизирующих слоев в МЖ. При изменении
19
концентрации дисперсной фазы до 12% росту электропроводности способствует увеличение числа зарядов, связанных со стабилизирующим слоем на частицах. При превышении характерной концентрации МЖ 12% электропроводность достигает максимальных значений, что, по мнению автора, связано с ограничением подвижности зарядов за счет перекрытия стабилизирующих слоев.
Таблица 1.1
Величины 8, а и 1^6 основных составляющих магнитной жидкости
Составляющая є а, Ом'1 м'1 Источник по сг 5
Олеиновая кислота 2.43 0.5* 10'10 при 1=15 °С <2* 10'10 3.4*10'" [23] [26] [20], [24]
Керосин 2.0 10'1и-10'" при ї = 50°С [32]
Трансформаторное Масло 2.1 -2.4 Ю'|4-10'16 при 1=20°С 1О'10-Ю'п при 1 = 20°С [23] [24] 0.0005- 0.002 Ю'3
Магнетит 15 на Г= 400 Гц и 1 кГц 2* 102 2 * Ю4 [23] [24]
Пол иметилсилоксан 2.6-27 10'12 [32] 0.0008- 0.001
Дальнейшее повышение концентрации дисперсной фазы уменьшает активный объем дисперсионной среды, приходящейся на частицу. Количественные различия между экспериментальными данными работ [24, 25] объясняются раз-