Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
В современной науке отдельное место занимает изучение способов получения магнитных жидкостей (МЖ) и повышения их качества, все это позволяет повысить общую целостность исследований. Направление развития способов получения феррожидкостей позволяет добиваться новых результатов как в производстве различных материалов и изделий, так и в смежных областях науки. Имеется высокий потенциал применения подобных материалов в биомедицине [1]. Магнитные жидкости сочетают текучесть и способность взаимодействовать с магнитным полем, что позволяет им нести в себе высокий потенциал практического применения. МЖ получают распространение в энергетике (интенсификация теплообмена, магнитные уплотнения) [2].
В синтезе магнитных жидкостей преимущественно используются железо, его оксиды. В чистых металлах негативное влияние на качество получаемого материала оказывает окисление при контакте с атмосферным кислородом. На данный момент описано множество физических явлений в магнитных жидкостях. Внимание уделено межчастичным взаимодействиям (магнитодипольным и вандерваальсовым) и образованию в магнитных жидкостях наноскопических кластеров (агрегатов), содержащих в среднем несколько десятков частиц, нарущающих однородность раствора на мезоскопическом уровне и существенно влияющих на свойства магнитных жидкостей [3].
Основными задачами при получении МЖ является общее удешевление и упрощение алгоритма получения материала. При этом важно сохранить его качество. Для синтеза магнитных частиц обычно используют методы соосаждения [4] и механохимический способ [5], они характеризуется простотой исполнения и доступностью реагентов.
В ходе проведения данной работы методом соосаждения были получены магнитные жидкости на основе железа, изучена термоустойчивость МЖ, а также способность сохранения свойств при повторном переходе из состояния порошка в жидкость. Основными задачами при синтезе магнитной жидкости является получение частиц, и их стабилизация в жидкости.
Основная часть работы заключалась в синтезе МЖ с различными основами и последующем изучении их термоустойчивости. Синтез магнитной жидкости был проведен с учетом существующих методов, изложенных в работах по данной тематике [6, 7].
В исследовании использовались следующие реактивы: FeSO4, FeCl3, 10%-ный водный раствор аммиака (NН4ОН), дистиллированная вода, олеиновая кислота, жидкий глицерин, реополиглюкин (10 % коллоидный раствор декстрана (полимера глюкозы с молекулярной массой 30 000… 40 000) с добавлением изотонического раствора хлорида натрия или 5%-ного раствора глюкозы), изопропанол, уксусная кислота, керосин.
В исследовании было использовано следующее оборудование: мерные емкости (стаканы лабораторные), блендер, аналитические весы, неодимовые магниты, дозатор лабораторный. Оборудование является широко доступным, и распространено в исследовательских лабораториях, что является важным критерием для массового производства и применения магнитной жидкости.
Синтез магнитной жидкости можно условно разделить на несколько этапов. Первый этап заключается в получении высокодисперсных частиц магнетита. В основе этого этапа лежит взаимодействие FeSO4, FeCl3 и уксуса в теплой воде, с последующим добавлением 10%-ного водного раствора аммиака. При соблюдении необходимых концентраций, интенсивности и времени смешивания, получаются частицы достаточной размерности.
Дальнейшие действия заключаются в многократной фильтровке раствора дистиллированной водой (более 8 раз), регулярном осаждении частиц с помощью магнита, удалении избытка жидкости. Осаждение железных частиц изображено на рис. 1.
Рис. 1. Осаждение железных частиц на магнит
Важным моментом в синтезе магнитной жидкости является выбор поверхностно-активного вещества (ПАВ). На втором этапе данной работы использовалось ПАВ полученное с помощью добавления в 10%-ный нашатырный спирт небольшого количества олеиновой кислоты (менее 2 мл на 30 мл нашатырного спирта). Применяемое ПАВ c различными изменениями состава и концентраций, является часто встречаемым в работах по синтезу МЖ. После смешивания ПАВ с железной основой, добавляется уксусная кислота, затем проводится промывание компонентов изопропанолом, и дистиллированной водой.
На третьем этапе происходит смешивание полученного материала с новой основой, в качестве нее использовался керосин, жидкий глицерин и глицерин смешанный с реополиглюкином. МЖ на основе керосина изображена на рис. 2.
Рис. 2. МЖ на основе керосина
В ходе экспериментов по изучению термостойкости, при кратковременном нахождении МЖ в температуре до 50 °C наиболее стабильным оставался материал с керосиновой основой. Нагрев производился в сушильном шкафу ES-4620.
Для исследования порошка (рис. 3), МЖ полностью высушивалась. Среднее время визуально заметного окисления частиц оказалось достаточно продолжительным, без соблюдения специальных условий (влаги, температуры и т. д.), его признаки начали проявляться более чем через 8 суток после синтеза. В повторном преобразовании материала из состояния порошка в жидкость, потери за один переход составляли не более 15 % начального объема, проведено три последовательных преобразования.
Рис. 3. Высушенный порошок
Магнитные жидкости являются перспективным направлением изучения материалов, возможности их практического применения на данный момент в основном ограничены относительно высокой сложностью получения. Магнитные свойства жидкостей практически не менялись при изменении несущей жидкости (вода, глицерин, керосин), но зависели от концентрации наполнителя.
В ходе исследования были получены различные МЖ на основе железа. Приведен результат эксперимента по повторному преобразованию высушенного порошка в МЖ. При данном переходе визуально фиксировался низкий процент потерь материала. Исследование продемонстрировало достаточно высокие показатели диапазона рабочих температур и устойчивость к окислению получаемого материала.
