13.5 Получение магнитных жидкостей с микрокапельными агрегатами

Магнитные жидкости с микрокапельными агрегатами относятся к высоко магниточувствительным жидкостям. Их получают, разбавляя концентрированную МЖ – магнетит в керосине растворами олеиновой кислоты в керосине разной концентрации [57].

Коллоидный раствор содержит микрокапельные агрегаты, если исходная жидкость имеет в своем составе магнетит с объемным содержанием твердых частиц 7 – 12% и разбавляется 4 - 7 % раствором олеиновой кислоты в керосине до следующего соотношения компонентов, масс. %: магнетит – 2-3; ПАВ – 1-2; керосин – 5-6; остальное – 4-7% -ый раствор олеиновой кислоты в керосине. Таким образом получается микроэмульсия, содержащая две жидкие фазы – концентрированную (микрокапельные агрегаты) и малоконцентрированную (исходную жидкость, разбавленную раствором олеиновой кислоты в керосине до концентрации твердой фазы не более 1,3%).

При использовании в качестве исходной жидкости более концентрированных МЖ с содержанием твердой фазы от 15 до 20% для получения микроэмульсий с оптимальными в отношении визуализации дефектов параметрами в качестве разбавителя применяется либо чистый керосин, либо раствор олеиновой кислоты в керосине с концентрацией не более 3%.

14 Основные и перспективные применения нано- и микродисперсных сред

14.1 Применение ферросуспензий

Основное практическое использование ферросуспензий (ФС) основано на так называемом магнитореологическом эффекте - очень сильной зависимости вязкости от напряженности магнитного поля. На этой основе создаются магнитореологические демпферы и виброгасители, магнитоуправляемая смазка в узлах трения и опорах, уплотнение резьбовых соединений.

Возможность обработки деталей из стекла с помощью магнитореологических суспензий (МРС) с абразивными частицами предсказана в середине прошлого века. Реальная реализация процесса доводки с использованием магнитореологических суспензий в режиме притира была проведена в 1980 году. В 2000 году компанией QED-Technologies была представлена технология доводки оптических деталей различной формы и разработаны составы магнитореологических жидкостей на основе карбонильного железа. К недостаткам магнитореологической жидкости QED-Technologies можно отнести довольно малую скорость съема материала, малый срок службы жидкости и высокую стоимость.

Кроме того, ФС и пастообразные составы нашли применение для визуализации доменных границ и в магнитной дефектоскопии, при изготовлении магнитофонных лент, в технологии сепарации железных руд и в некоторых других областях.

Комплексное решение всех вопросов позволило выявить механохимические аспекты полирования различных оптических материалов и доработать составы магнитореологических жидкостей, которые позволяют формировать поверхность с величиной неровности в 2-4 атомных слоя. Эти показатели вполне соответствуют требованиям оптической промышленности ближайшего будущего.

Использование ферросуспензий для гашения вибраций различных приборов и устройств - также отработанный временем способ. Сущность изобретения: магнитореологический виброгаситель содержит корпус, заполненный демпфирующей средой с размещенной в нем электромагнитной системой и подвижной массой, закрепленной на гибкой связи с корпусом. Использование в качестве демпфирующей среды магнитореологической суспензии позволяет регулировать частотные характеристики самого магнитореологического виброгасителя, изменяя напряжение на катушках электромагнитной системы.

На основе ФС создают датчики угла наклона, ускорения, смещения, малых перепадов давлений, в расходомерах и т.п.; аудио громкоговорители; производится биомагнитная сепарация, биорезонансная диагностика в медицине.

На обтекателях космических головных частей используются воздушные пылезащитные клапаны с постоянными магнитами. Клапан состоит из резинового рукава с прижимами из постоянных магнитов, расположенных в двух рядах в шахматном порядке, и защищает пространство под обтекателем от проникновения пыли как на стартовой площадке, так и в полете, реагируя на избыточное давление и боковой ветер. На обтекателе установлены четыре клапана, содержащие ФС.

Диспергированные частицы магнитореологической жидкости формируют стабильные цепе-подобные кластеры под действием магнитного поля и обуславливают эффект управляемой текучести и формы.

Хотя самосборка в двух измерениях (2D) хорошо исследована (особенно с использованием твердых поверхностей в качестве подложек), самосборка в трех измерениях (3D) является гораздо более сложной. Описывается процесс 3D самосборки диамагнитных пластиковых объектов (имеются работы в масштабе от мм до см, но в принципе в масштабе от ~10 мм до 1 м), удерживаемых в парамагнитной жидкости неоднородным магнитным полем [52]. Магнитное поле и его градиент левитируют объекты, организуют их самосборку на подложке и влияют на форму собираемого кластера. Структура собираемых 3D объектов может быть далее усложнена путем использования жестких механических подложек: либо стен контейнера, либо cо-левитирующих компонентов, которые пространственно совмещаются с мягкой подложкой градиентом магнитного поля. Механическое воздействие делает кластеры стойкими, а добавление адгезионного вещества (клея) с последующим ультрафиолетовым освещением может объединить компоненты.

Обобщены результаты лабораторных исследований реологических свойств магнитореологических жидкостей, предназначенных для использования в амортизаторах и виброгасителях. В основе описания реологических свойств жидкостей лежит модель вязко-пластичных веществ Herschel-Bulkley. Целью эксперимента было определение напряжения сдвига, предела текучести, коэффициента текучести и степенного показателя в зависимости от плотности магнитного потока, с последующим сравнительным изучением реологических параметров исследуемых жидкостей.

Фирма Ferrari использует магнитореологические жидкости в некоторых моделях машин для улучшения возможностей подвески. Под воздействием электромагнита, контролируемого компьютером, подвеска может мгновенно стать более жесткой или более мягкой.