Способ измерения дисперсии магнитного момента наночастицы в магнитной жидкости



Способ измерения дисперсии магнитного момента наночастицы в магнитной жидкости
Способ измерения дисперсии магнитного момента наночастицы в магнитной жидкости
Способ измерения дисперсии магнитного момента наночастицы в магнитной жидкости

 


Владельцы патента RU 2584276:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой способ измерения дисперсии распределения магнитных моментов наночастиц в магнитной жидкости и предназначено для контроля магнитных жидкостей, когда требуется малая дисперсия магнитных моментов наночастиц. При реализации способа получают зависимость намагниченности M от магнитной индукции B, определяют по этой зависимости намагниченность насыщения Mнас и средний магнитный момент Pср на конечном участке кривой намагничивания, вычисляют значение индукции магнитного поля B*, при которой параметр Ланжевена (к - постоянная Больцмана, Т - температура), находят начальную магнитную восприимчивость , при этом находят эффективную намагниченность насыщения и по формуле Д=(Mнас*-Mнас)(Pср)2/Mнас определяют дисперсию распределения магнитных моментов. Технический результат заключается в повышении объективности и точности магнитно-гранулометрического анализа магнитных жидкостей. 1 табл., 2 ил.

 

Изобретение предназначено для контроля магнитных жидкостей, когда по условиям их применения недопустимо заметное различие размеров и магнитных моментов наночастиц. Например, в случае медицинского применения, когда частицы с большими магнитными моментами (крупные частицы) создают помеху кровотоку, а на частицы с малыми магнитными моментами со стороны магнитного поля действуют малые силы, недостаточные для их перемещения по кровяному руслу в нужное место организма, или в случае применения в качестве термометрических веществ, когда, как показано в литературе (Жерновой А.И. и др. Научное приборостроение, 2012, том 22, №3, с. 58-60), различие магнитных моментов приводит к зависимости константы Кюри от температуры.

Известен способ определения закона распределения магнитных моментов наночастиц в магнитной жидкости (магнитно-гранулометрический анализ). (Pshenichnicov A.F., Mekhonoshin V.V., Lebedev A.V. Magneto-granulometric analisis of concentrated ferrocolloids// Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 1996, №161, p. 94-102.)

Способ состоит в произвольном выборе вида функции распределения (обычно логнормальной или гамма), выборе модели межчастичных взаимодействий (например, модели среднего действующего поля или Лоренца). На основе выбранной функции распределения и модели межчастичных взаимодействий производится теоретический расчет кривой намагничивания и ее сравнение с экспериментальной. При совпадении теоретической и экспериментальной кривых намагничивания, по функции распределения можно найти дисперсию распределения магнитных моментов наночастиц. Недостаток способа в его субъективности, так как выборы функции распределения и модели межчастичных взаимодействий являются произвольными. Другой недостаток в сложности проверки адекватности теоретической и экспериментальной кривых намагничивания. Этот метод можно принять за прототип.

Известен способ определения дисперсии размеров наночастиц в магнитной жидкости при помощи электронной микроскопии. (Ряполов П.А. Исследование структурных параметров нанодисперсных магнитных жидкостей // Научные ведомости. Серия Математика. Физика. 2011 №11(106). Вып.23.) В этом способе при помощи просвечивающего электронного микроскопа получают изображение наночастиц, содержащихся в пленке высушенной магнитной жидкости. Подсчетом количества частиц разного размера строят кривую распределения частиц по размерам, из которой можно определить дисперсию распределения. Так как магнитный момент частицы с поправкой на присутствие немагнитной аморфной фазы пропорционален ее объему, то по дисперсии распределения частиц по размерам можно найти дисперсию распределения по магнитным моментам. Недостаток метода в необходимости испарения жидкости при изготовлении образца, что может повлиять на распределении частиц по размерам в результате образования конгломератов. Другой недостаток в присутствии намагнитной фазы, которое уменьшает дисперсию распределения по магнитным моментам по сравнению с дисперсией распределения по размерам частиц.

Предлагаемый способ не имеет указанных недостатков. В этом способе для измерения дисперсии магнитного момента парамагнитной наночастицы в магнитной жидкости получается экспериментальная зависимость намагниченности жидкости М от индукции магнитного поля В, представленная на рис. 1, по этой зависимости строится представленный на рис. 2 график зависимости M от (1/B), по которому при (1/B)=0 определяется намагниченность насыщения Mнас, а по формуле Pср=кT/B[1-(M/Mнас)] среднее значение магнитного момента наночастиц Pср на участке кривой намагничивания при намагниченности M, приближающейся к Mнас. Затем вычисляется значение индукции магнитного поля B*, при котором параметр Ланжевена После этого на начальном участке кривой намагничивания по экспериментальным точкам находится начальная магнитная восприимчивости æнач=(Мначµo/Bнач) (Mнач, Bнач - значения намагниченности и магнитной индукции на начальном участке кривой намагничивания) и определяется эффективная намагниченность насыщения Mнас*=(æначB*/µ0)=æнач3кТ/Pср. Дисперсия магнитных моментов находится по формуле: Д=(Mнас*-Mнас)(Pср)2/М*.

Обоснование предлагаемого способа

Предлагаемый способ основан на том, что на начальном участке кривой намагничивания парамагнетика его намагниченность M по теории Ланжевена пропорциональна квадрату магнитного момента P парамагнитных частиц: Mнач=(nP2B/3kT), где n - концентрация частиц, B, T - индукция магнитного поля и температура, k - постоянная Больцмана. Намагниченность насыщения, измеряемая на конечном участке кривой намагничивания, пропорциональна магнитному моменту в первой степени: Mнас=nP. При наличии дисперсии магнитных моментов частиц измеряемые намагниченности Mнач и Mнас усредняются. В результате, получается Mнач=[n(P2)срB/3кT], Mнас=nPср, где (P2)ср и Pср - средние значения P2 и P. Так как значение магнитного момента конкретной частицы является случайной величиной, при любой функции распределения частиц по значениям P, дисперсию распределения Д можно находить по формуле Д=(P2)ср-(Pср)2 (Д. Корн, Т. Корн, Справочник по математике, М. Наука, 1984, 832 с.), определив (P2)ср и (Pср)2 по виду экспериментальной кривой намагничивания.

Для практического измерения Д предлагается следующий путь.

1) Получаем экспериментальную кривую намагничивания (зависимость намагниченности M от индукции магнитного поля B), представленную на рис. 1.

2) По значениям M и B на конечном участке кривой намагничивания строим зависимость M от (1/B), представленную на рис. 1 и 2, которая теоретически имеет вид M=Mнас-(nkT/B). По этой зависимости при (1/B)=0 экстраполяцией находим Mнас=nPср. (На рис. 1 и 2 Mнас обозначена горизонтальной прямой линией).

3) По зависимости M от (1/B), воспользовавшись тем, что Mнас-M=(nкT/B), при некотором значении B находим nкT/B и, зная B, определяем концентрацию частиц

и средний магнитный момент частиц

4) Зная Pср, находим значение индукции B=B*, при которой параметр Ланжевена

5) По имеющимся экспериментальным значениям M=Mнач и B=Bнач на начальном участке кривой намагничивания находим среднюю начальную магнитную восприимчивость æнач=Mначµ0/Bнач и эффективное значение намагниченности насыщения Mнас*=(æначB*/µ0), которое равно Mнас при P=((P2)ср)0,5. (На рис. 1 Mнас* обозначено горизонтальной прямой линией). Подставив в M*=n(P2)срB*/3кT значение B*=3кT/Pср, получаем Mнас*=n(P2)ср/Pср, откуда (Mнас*/Mнас)=(P2)ср/(Pср)2. В результате, дисперсия магнитного момента наночастицы

Проверка осуществимости предлагаемого способа

Для проверки осуществимости предлагаемого способа измерения дисперсии магнитного момента наночастицы в магнитной жидкости были исследованы четыре магнитные жидкости на основе магнетита, отличающиеся технологией синтеза, концентрацией твердой фазы и растворителем. Получение кривых намагничивания проводилось на экспериментальной установке, описанной ранее в работе (А.И. Жерновой, В.Н. Наумов, Ю.Р. Рудаков, Получение кривой намагничивания дисперсии парамагнитных наночастиц путем нахождения намагниченности намагничивающего поля методом ЯМР // Научное приборостроение, 2009, том 19, №3, с. 57-61), где намагниченность находилась по напряженности H и индукции B магнитного поля внутри магнитной жидкости, измеряемым датчиками ЯМР, расположенными снаружи образца:

M=(B/µ0)-H.

Полученные результаты приведены в таблице 1. Они показывают, что у всех исследованных жидкостей, независимо от концентрации и магнитного момента наночастиц, растворителя, технологии приготовления, разность Mнас*-Mнас, которая пропорциональна дисперсии, больше 1, что является предпосылкой осуществимости предлагаемого способа. Полученные значения дисперсии и среднеквадратичного отклонения магнитных моментов не противоречат здравому смыслу.

Способ измерения дисперсии магнитного момента наночастицы в магнитной жидкости путем получения зависимости намагниченности M от магнитной индукции B, определения намагниченности насыщения Mнас, определения при намагниченности М, приближающейся к Mнас, среднего магнитного момента наночастицы Pср, определения начальной магнитной восприимчивости (Mнач, Bнач - намагниченность и магнитная индукция на начальном участке кривой намагничивания), отличающийся тем, что вычисляется значение эффективной намагниченности (к - постоянная Больцмана, T - температура), а дисперсия магнитного момента определяется по формуле .



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области биотехнологии. Система состоит из следующих элементов: а) модуля подготовки образца, выполненного с возможностью захвата аналита из биологического образца в немикрожидкостном объеме на захватывающей частице, реагирующей на магнитное поле, и направления связанной с аналитом захватывающей частицы, реагирующей на магнитное поле, через первый микрожидкостный канал; б) реакционного модуля, включающего реакционную камеру, имеющую жидкостное сообщение с первым микрожидкостным каналом, и выполненного с возможностью иммобилизации связанной с аналитом захватывающей частицы, реагирующей на магнитное поле, и проведения реакции амплификации множества STR-маркеров аналита.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в гидрологии и химическом анализе жидкостей. Технический результат - исключение фактора влияния температуры жидкости на результат измерений, что повышает точность определения рН жидкости. Сущность: Согласно способу используют включенные в измерительные цепи вторичных измерительных преобразователей электрод сравнения и два ионоселективных измерительных электрода с одинаковыми параметрами тепловой инерции и разными параметрами их изопотенциальных точек, соответственно помещают электроды в жидкость, регистрируют потенциалы Е1 и Е2 на выходах первого и второго измерительных электродов и вычисляют рН жидкости по формуле Устройство содержит электрод сравнения, два ионоселективных измерительных электрода с одинаковыми параметрами тепловой инерции и разными параметрами их изопотенциальных точек, первый и второй вторичные измерительные преобразователи ВИП-1 и ВИП-2, к входам которых подключены электрод сравнения и соответственно первый и второй измерительные электроды, выходы ВИП-1 и ВИП-2 подключены к входам соответственно первого и второго преобразователей напряжения в цифру, выходы которых подключены к микропроцессору, выход которого является выходом устройства.

Изобретение относится к области диагностики энергетических установок и может использоваться преимущественно в атомной энергетике для контроля герметичности парогенераторов, в которых греющим теплоносителем является жидкий металл (натрий, свинец, свинец-висмут), передающий тепло воде и водяному пару через поверхность теплообмена.

Изобретение относится к области магнитного разделения и может быть использовано в различных отраслях промышленности для анализа магнитовосприимчивой (склонной к магнитному осаждению) фракции примесей текучих сред.

Изобретение относится к области физико-химических исследований твердых, жидких и газообразных образцов материалов. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для диагностики изнашивания узлов трения на основе оценки содержания частиц износа в смазочном материале.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в научных исследованиях и производстве при изучении магнитных свойств диаи парамагнитных материалов.

Изобретение относится к области инкапсуляции. Описан способ получения нанокапсул антибиотиков - цефтриаксона или цефотаксима.

Настоящее изобретение относится к добавке к смазочным маслам и пластичным смазкам, включающей диоксид кремния, углерод, при этом в качестве углерода она содержит углерод синтетический с «луковицеобразной» структурой наночастиц и средним размером частиц 30 нм, диоксид кремния со средним размером частиц 10 нм при следующем соотношении компонентов, % мас: диоксид кремния 99,0-99,9; углерод синтетический 0,1-1,0.

Изобретение относится к медицине и биологии и может быть использовано для бесконтактного манипулирования, концентрирования и сортировки бактериальных клеток E.coli и/или диамагнитных микрочастиц в микрофлюидных системах.
Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам определения карбоновых кислот в водных растворах глиоксаля. В процессе синтеза глиоксаля образуются примеси гликолевой и глиоксалевой кислот, которые мешают дальнейшему его использованию, так как наряду с последним вступают в реакции конденсации, сильно загрязняя продукты на основе глиоксаля.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для изготовления монолитных интегральных схем, оперирующих в сантиметровом и миллиметровом диапазоне длин волн.

Использование: для создания компьютерных систем на основе мемристорных устройств со стабильными и повторяемыми характеристиками. Сущность изобретения заключается в том, что мемристорный материал включает наноразмерный слой фтористого лития, содержащего нанокластеры металла, причем наноразмерный слой выполнен в виде пленки на диэлектрической подложке, а в качестве материала для нанокластеров использована медь.
Изобретение относится к медицине. Описан способ нанесения биокерамического покрытия на имплантатах из биосовместимых металлов и сплавов путем смешивания порошка гидроксиапатита с биологически совместимым связующим веществом, в качестве которого используют фосфатные связки при соотношении связки и порошка 1,0-1,5:1,5-2,0, с добавлением в получаемую суспензию наночастиц серебра при соотношении суспензии и наночастиц серебра 1,0-1,1:0,01-0,03.

Использование: для изготовления сверхпроводниковых датчиков излучения. Сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления сверхпроводящих многосекционных оптических детекторов, включающий формирование отдельных секций из сверхпроводящих нанопроводов, образующих рисунок в виде меандра, и сверхпроводящих соединительных проводов для соединения секций через токоограничители с контактными площадками, токоограничители формируют путем нанесения на сформированную структуру защитной резистивной маски, вскрытия в ней окон над отрезками соединительных проводов меандра с контактной площадкой и преобразованием их в несверхпроводящие за счет селективного изменения атомного состава воздействием пучка ускоренных частиц через защитную маску.

Изобретение относится к области органической электроники, а именно к устройствам памяти на основе органических полевых транзисторов, изготовленных с использованием фотохромных соединений в составе активного слоя, расположенного на границе между слоем полупроводникового материала и диэлектрика.

Изобретение относится к технологии получения неорганических ультрадисперсных материалов и может быть использовано в химической, металлургической, нефтехимической, электронной и медицинской областях промышленности.

Флэш элемент памяти электрически перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства предназначен для хранения информации при отключенном питании. На полупроводниковой подложке с истоком и стоком между последними выполнены туннельный слой, дополнительный туннельный слой, запоминающий слой, блокирующий слой и затвор. При этом дополнительный туннельный и блокирующий слои выполнены из материала с высоким значением диэлектрической проницаемости, от 5 до 2000, превосходящим диэлектрическую проницаемость материала туннельного слоя, выполненного из SiO2. Запоминающий слой выполнен в виде графена. В результате обеспечивается увеличение времени хранение заряда, увеличение окна памяти до 7 В, возможность инжекции положительного и отрицательного заряда, снижение времени записи/стирания информации, увеличение времени хранения информации до 12 лет. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх