本文關(guān)鍵詞：磁性液體磁致微結(jié)構(gòu)演化和磁—流場(chǎng)粘滯研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本文針對(duì)磁性液體應(yīng)用中磁場(chǎng)對(duì)磁性液體調(diào)控技術(shù)問(wèn)題,開(kāi)展了兩項(xiàng)主要研究：(Ⅰ)磁性液體顆粒的磁和非磁相互作用對(duì)結(jié)構(gòu)形成和演化的影響：(Ⅱ1)鏈狀結(jié)構(gòu)大小和磁-流耦合場(chǎng)中的取向?qū)Υ判砸后w粘滯的影響。 對(duì)于第(Ⅰ)個(gè)研究,開(kāi)展了下面的工作。 對(duì)磁性液體進(jìn)行了平衡態(tài)結(jié)構(gòu)形成機(jī)制的研究。利用光學(xué)顯微鏡分別觀測(cè)了均勻磁場(chǎng)中磁柱的形態(tài)和柱直徑的分布,發(fā)現(xiàn)柱直徑滿足雙正態(tài)分布。建立了雙平均柱直徑與磁場(chǎng)的數(shù)值關(guān)系計(jì)算模型。提出磁柱形成由兩種方式主導(dǎo)：一個(gè)是柱的成長(zhǎng)；一個(gè)是柱的側(cè)向團(tuán)聚。 通過(guò)縱向構(gòu)造的梯度磁場(chǎng)中磁性液體薄膜光透射實(shí)驗(yàn)和光學(xué)顯微觀察,分析了梯度磁場(chǎng)對(duì)稱中心區(qū)域光透射弛豫行為與微觀結(jié)構(gòu)演化的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在低梯度磁場(chǎng)下,透射光將先后經(jīng)歷兩類(lèi)弛豫過(guò)程。第Ⅰ類(lèi)弛豫為鏈/柱的形成,第Ⅱ類(lèi)弛豫為鏈/柱的運(yùn)動(dòng)。發(fā)現(xiàn)低梯度磁場(chǎng)對(duì)鏈/柱的形成動(dòng)力學(xué)沒(méi)有影響,而強(qiáng)的向心梯度磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁泳和磁分離效應(yīng)引發(fā)了局域柱形成動(dòng)力學(xué)的改變,影響了柱體系的最終狀態(tài)。 建立磁性液體微觀結(jié)構(gòu)退磁場(chǎng)模型,揭示了微觀結(jié)構(gòu)的離解動(dòng)力學(xué)。模型描述的微結(jié)構(gòu)變化階段與實(shí)際情況較為符合。 重構(gòu)了磁柱的磁相互作用(包含了磁柱的柔性吸引成分),建立全新模型進(jìn)行了準(zhǔn)三維柱體系的動(dòng)力學(xué)模擬。通過(guò)得到的模擬結(jié)果分析揭示了：磁柱體系六角結(jié)構(gòu)形成的條件；梯度磁場(chǎng)的會(huì)聚對(duì)磁柱側(cè)向團(tuán)聚有限增進(jìn)作用；向心梯度磁場(chǎng)下的規(guī)模效應(yīng)。 為了做對(duì)比研究,制備了8種磁性液體。相應(yīng)地對(duì)它們進(jìn)行了表征,獲得了各種磁性液體的粒徑分布、飽和磁化強(qiáng)度、磁偶極耦合常數(shù)等重要參數(shù)。對(duì)不同磁性液體樣品進(jìn)行透射光弛豫實(shí)驗(yàn)并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了比較分析,得到多因素對(duì)鏈柱結(jié)構(gòu)的影響：磁偶極相互作用常數(shù)對(duì)磁性液體鏈/柱微觀結(jié)構(gòu)形成的決定性作用：外磁場(chǎng)和體積分?jǐn)?shù)與鏈/柱結(jié)構(gòu)的形成強(qiáng)度和速度正相關(guān)；顆粒平均直徑及其分散性對(duì)鏈/柱形成和運(yùn)動(dòng)的影響；顆粒的表面作用對(duì)鏈/柱的二次側(cè)向團(tuán)聚起到?jīng)Q定性作用；顆粒的飽和磁化強(qiáng)度對(duì)鏈/柱的平動(dòng)和它的幾何敏感參量影響。 對(duì)于第(Ⅱ)個(gè)研究,采用鏈狀結(jié)構(gòu)等效于橢球結(jié)構(gòu)作為結(jié)構(gòu)單元的思路,認(rèn)為磁性液體磁粘主要來(lái)自于結(jié)構(gòu)單元在基液中的旋轉(zhuǎn)�？紤]布朗力矩、磁力矩和流體動(dòng)力學(xué)力矩,建立取向微分方程。使用Galerkin法,研究無(wú)相互作用顆粒體系的恒場(chǎng)磁化弛豫,評(píng)價(jià)了Shliomis唯像磁化弛豫。使用Sanchez布朗轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)模擬方法,計(jì)算獲得取向。將結(jié)果代入包含對(duì)稱和反對(duì)稱部分的應(yīng)力張量,得到固有粘度。根據(jù)結(jié)果分析了磁粘-切和磁粘-溫效應(yīng),得出：(i)鏈狀結(jié)構(gòu)的增長(zhǎng)是磁性液體磁致粘度成倍增加的主要原因,平均2、4和8顆粒鏈體系的固有粘度分別在100、101和102量級(jí)；(ii)剪切流對(duì)鏈狀結(jié)構(gòu)的大小有限制作用,估計(jì)剪切速率在102～103s-1量級(jí)能起到限制鏈長(zhǎng)作用；(iii)粘度的數(shù)量級(jí)由基液決定；(iv)溫度降低有助于鏈長(zhǎng)的增加,從而促成粘度成倍增加；(v)在鏈結(jié)構(gòu)不變的情況下,溫度降低有助于固有粘度的下降。230K時(shí),平均2、4和8顆粒鏈體系的固有粘滯在102量級(jí)以下。 本文的研究對(duì)磁性液體應(yīng)用的定量和拓展有著重要意義。
【關(guān)鍵詞】：磁性液體 微觀結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)演化 梯度磁場(chǎng) 光透射弛豫 磁粘效應(yīng) 動(dòng)力學(xué)模擬
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：O361
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 1 引言13-30
• 1.1 磁性液體的介紹13-17
• 1.2 磁性液體微結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀17-27
• 1.2.1 磁性液體零磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)研究18-19
• 1.2.2 場(chǎng)致微觀結(jié)構(gòu)形成和演化19-26
• 1.2.3 流場(chǎng)和磁場(chǎng)耦合作用26-27
• 1.3 主要存在的問(wèn)題和擬解決的問(wèn)題27-30
• 2 磁性液體樣品制備及表征30-40
• 2.1 磁性液體制備30-33
• 2.1.1 磁性納米顆粒的合成30-31
• 2.1.2 水基離子型磁性液體的制備31-32
• 2.1.3 水基表面活性劑型磁性液體的制備32
• 2.1.4 煤油基磁性液體的制備32-33
• 2.2 表征與物理性能參數(shù)33-39
• 2.2.1 粒徑分布33-36
• 2.2.2 體積分?jǐn)?shù)36-38
• 2.2.3 磁性38-39
• 2.3 本章小結(jié)39-40
• 3 磁性液體平衡態(tài)微觀結(jié)構(gòu)40-55
• 3.1 實(shí)驗(yàn)41-44
• 3.1.1 光學(xué)顯微鏡觀察41-43
• 3.1.2 柱直徑的統(tǒng)計(jì)43-44
• 3.2 分析44-51
• 3.2.1 柱直徑分布44-47
• 3.2.2 柱直徑計(jì)算47-51
• 3.3 平衡態(tài)結(jié)構(gòu)形成機(jī)制51-53
• 3.4 本章小結(jié)53-55
• 4 磁性液體微觀結(jié)構(gòu)形成和演化55-118
• 4.1 磁性液體磁光弛豫介紹55-61
• 4.2 磁性液體的光透射理論61-66
• 4.2.1 單個(gè)鏈的光吸收61-64
• 4.2.2 單個(gè)鏈/柱的光散射64-66
• 4.3 實(shí)驗(yàn)裝置66-70
• 4.3.1 光透射裝置66-69
• 4.3.2 磁場(chǎng)梯度的測(cè)量69-70
• 4.3.3 顯微鏡觀察70
• 4.4 梯度磁場(chǎng)中光透射弛豫與結(jié)構(gòu)演化70-80
• 4.4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果70-74
• 4.4.2 光透射弛豫分析74-80
• 4.5 退磁場(chǎng)后光透射及微觀結(jié)構(gòu)演化80-89
• 4.5.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果80-81
• 4.5.2 模型建立81-82
• 4.5.3 模型分析82-88
• 4.5.4 退磁場(chǎng)弛豫結(jié)論88-89
• 4.6 低梯度磁場(chǎng)下微觀結(jié)構(gòu)一般性規(guī)律總結(jié)89-90
• 4.7 梯度磁場(chǎng)下磁柱行為模擬90-106
• 4.7.1 模型的建立91-96
• 4.7.2 模擬參數(shù)設(shè)置96-98
• 4.7.3 模擬結(jié)果和分析98-105
• 4.7.4 模擬結(jié)論105-106
• 4.8 光透射弛豫多因素影響106-116
• 4.8.1 實(shí)驗(yàn)及其結(jié)果106-108
• 4.8.2 多因素影響分析108-115
• 4.8.3 多因素分析結(jié)論115-116
• 4.9 本章小結(jié)116-118
• 5 取向動(dòng)力學(xué)與磁粘特性118-143
• 5.1 磁性液體流變性研究模型118-120
• 5.2 數(shù)值計(jì)算法簡(jiǎn)介120-122
• 5.3 磁性液體NI模型的動(dòng)力學(xué)與恒場(chǎng)磁化弛豫122-128
• 5.3.1 NI模型顆粒取向動(dòng)力學(xué)理論123-124
• 5.3.2 取向與磁化124-127
• 5.3.3 恒場(chǎng)磁化弛豫結(jié)論127-128
• 5.4 磁粘效應(yīng)數(shù)值模擬128-142
• 5.4.1 取向模擬方法128-130
• 5.4.2 順磁模擬130-131
• 5.4.3 近Shliomis磁粘效應(yīng)131-132
• 5.4.4 磁粘-切和磁粘-溫效應(yīng)132-141
• 5.4.5 磁粘數(shù)值模擬結(jié)論141-142
• 5.5 本章小結(jié)142-143
• 6 總結(jié)與展望143-145
• 參考文獻(xiàn)145-157
• 作者簡(jiǎn)歷及攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果157-159
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集159

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 李強(qiáng),宣益民,王健;磁流體粘度的實(shí)驗(yàn)研究[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2005年05期

2 趙猛;鄒繼斌;胡建輝;;磁場(chǎng)作用下磁流體粘度特性的研究[J];機(jī)械工程材料;2006年08期

3 鄒蕓;聶義友;狄子昀;張冬琛;桑明煌;陳險(xiǎn)峰;;Response of self-assembly for magnetite nanocrystal in magnetic fluid under an applied magnetic field[J];Chinese Optics Letters;2008年10期

4 何新智;畢樹(shù)生;李德才;楊文明;;磁性液體二階浮力原理的實(shí)驗(yàn)研究[J];功能材料;2012年21期

5 劉雪莉;楊慶新;楊文榮;賈凱;楊曉銳;李德才;;磁性液體磁粘特性的研究[J];功能材料;2013年24期

6 馮雪梅;王耀華;;磁流體粘度特性的測(cè)量研究[J];湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2006年03期

7 任歡魚(yú),劉蕾,劉勇健;水基磁流體的制備與性質(zhì)研究[J];化工新型材料;2003年01期

8 黃彥,李建,馬小娟;水基自形成CoFe_2O_4磁性液體的零磁場(chǎng)粘滯特性[J];化學(xué)物理學(xué)報(bào);2004年06期

9 ;Simulation and control scheme of microstructure in magnetic fluids[J];Science in China(Series E:Technological Sciences);2007年03期

10 黃彥;李德才;李鳳;江光裕;朱泉水;;離子型CoFe_2O_4磁性液體的宏觀鏈徑分布[J];中國(guó)科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué);2010年10期

  本文關(guān)鍵詞：磁性液體磁致微結(jié)構(gòu)演化和磁—流場(chǎng)粘滯研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：253420