Информационно-патентный обзор способов получения магнитных жидкостей

Способы получения магнитных жидкостей

Магнитная жидкость (МЖ) относится к классу жидкостей, которые сильно поляризуются в присутствии магнитного поля. Ферромагнитные жидкости представляют собой коллоидные системы, состоящие из ферромагнитных или ферримагнитных частиц нанометровых размеров, находящихся во взвешенном состоянии в несущей жидкости, в качестве которой обычно выступает органический растворитель или вода [1]. Для обеспечения устойчивости МЖ ферромагнитные частицы связываются с поверхностно-активным веществом (ПАВ), образующим защитную оболочку вокруг частиц и препятствующем их слипанию из-за Ван-дер-Ваальсовых или магнитных сил. МЖ способна взаимодействовать с магнитным полем и во многих отношениях ведет себя как однородная жидкость. Описанные выше свойства, связанные с наличием ферромагнитных составляющих, обуславливает различные сферы применения магнитных жидкостей. Для каждого конкретного случая МЖ может иметь особые физико-механические параметры. Это обуславливается типом и природой несущей жидкости и параметрами ферромагнитных частиц, а также способом их механообработки. В данном направление существует большое количество научных работ и патентов на изобретения.

МЖ, благодаря необычному сочетанию свойств магнетиков, жидкостей и коллоидных растворов, являются перспективным материалом и находят применение в различных областях техники: при создании магнитно-жидкостных уплотнений в химической промышленности, в качестве магнитных смазок, в процессах магнитного обогащения немагнитных материалов, в биологии и медицине.

Получение магнитных жидкостей состоит из двух основных операций.

  • 1. Получение наночастиц магнетита.
  • 2. Стабилизация наночастиц магнетита в жидкости-носителе с использованием диспергирующего вещества, предотвращающего агрегирование частиц магнетика в жидкости-носителе и обеспечивающего устойчивость магнитной жидкости.

Первоначально в качестве феррофазы при получении магнитной жидкости использовали материалы, обладающие более высокими магнитными свойствами - высокодисперсное металлическое железо, кобальт, мягкие магнитные сплавы типа пермендюр [2,3].

Однако при использовании чистых металлов возникает ряд технологических трудностей, связанных как с получением высокодисперсных частиц и их защитой от окисления, так и с их стабилизацией с последующим диспергированием в жидкости-носителе. Поэтому наряду с металлами в качестве феррофазы все чаще используется магнетит (окись-закись железа), который хотя и уступает металлам по магнитным характеристикам, но благодаря простоте получения высокодисперсных частиц, хорошей адсорбционной способности и химической устойчивости позволяет получать магнитные жидкости, которые превосходят по магнитным параметрам магнитные жидкости на металлах.

Известен способ получения магнитной жидкости, заключающийся в осаждении частиц магнетита из водных растворов солей Бе2+ и Бе3 -избытком щелочи (ИаОН и N114ОН) [2]. Предпочтительными солями являются хлориды и сульфаты из-за их доступности и экономии- ности. Присутствие ионов других металлов - , Сг , N1 , Си~ - не

является вредным, если их содержание невелико.

Осадок магнетита промывают декантацией от избытка щелочи и удаления солей до достижения рН=7. Полученный магнетит обладает дисперсностью, легко стабилизируется и диспергируется. МЖ получается добавлением к водной суспензии магнетита жидкости-носителя, в которой растворен стабилизатор - ПАВ. В качестве жидкости-носителя используется керосин, в качестве стабилизатора - олеиновая кислота. При хемосорбции олеиновой кислоты на поверхности частиц магнетита образуется адсорбционный слой. При этом происходит обезвоживание частиц магнетита и разделение фаз, то есть выделение магнетита из водной среды и его переход в среду жидкости-носителя.

Известен также [4] способ получения магнитной жидкости, в котором синтез феррофазы осуществляется, как в вышеуказанном способе, затем производится удаление воды из осадка последовательной промывкой его ацетоном, толуолом. Для получения магнитной жидкости в требуемой жидкости-носителе толуол сливают с осадка магнетита, влажный осадок переносят в фарфоровую ступню, добавляют к нему стабилизатор - олеиновую кислоту. Из полученной смеси толуол выпаривают нагреванием в ступне до 90-110°С при непрерывном растирании осадка. После испарения толуола смесь продолжают тщательно растирать при той же температуре. Полученную массу переносят с помощью требуемого количества дисперсионной среды в мельницу и гомогенизируют в стальной мельнице, на /2 заполненной стальными шарами. Нужная степень пептизации достигается за 6-12 ч.

Описанные способы получения магнитной жидкости используют в качестве сырья дорогостоящий реактивный материал, отличаются трудоемкостью и длительностью процессов.

В патенте РФ [5] описан способ получения МЖ. МЖ полученная на основное такого способа включает образование суспензии наночастиц магнетита, покрытие поверхности наночастиц магнетита адсорбированным слоем олеиновой кислоты в качестве стабилизирующего вещества. В качестве источника двух- и трехвалентного железа для получения суспензии наночастиц магнетита используют природный магнетит- отход Оленегорского горно-обогатительного комбината следующего химического состава: Ре0бщее=65,6%, РеО=26,7%, Ре203=63,4, МпОмакс=0,11%, СаОмакс=0,60%, М§Омакс=0,8%, А12Озмакс=0,40%,

8макс=0,15%, Р2О5макс=0,025%, 8Ю2макс=7,75%, №20макс=0,063%,

к20макс=0,063%. Природный магнетит предварительно растворяют в соляной кислоте и переосаждают 28%-ным гидроксидом аммония. Способ обеспечивает получение более дешевых магнитных жидкостей и расширение сферы их применения.

В патенте РФ [6] описан способ получения МЖ, который включает осаждение высокодисперсного магнетита из водных растворов солей двух- и трехвалентного железа при избытке двухвалентного железа раствором аммиака, промывку осадка дистиллированной водой, одновременную активацию и стабилизацию магнетита при нагревании смесью уксусной кислоты и поверхностно-активного вещества, включающего жирную кислоту, промывку стабилизированного магнетита дистиллированной водой и пептизацию при нагревании в жидкости- носителе на основе вакуумного масла. При этом пептизацию проводят в течение 4-6 часов непосредственно после промывки стабилизированного магнетита дистиллированной водой. В качестве ПАВ используют олеиновую кислоту, в качестве уксусной кислоты - ледяную уксусную кислоту, а в качестве вакуумного масла - минеральное углеводородное масло.

Известен способ [7] получения ферромагнитной жидкости. Он осуществляется путем осаждения высокодисперсного магнетита из растворов солей двух- и трехвалентного железа раствором аммиака, промывкой осадка дистиллированной водой до pH 1 СВ-12, пептизацией раствором олеиновой кислоты в алкарене при 115-120°С под вакуумом.

Однако МЖ, полученная по этому способу, обладает невысокой намагниченностью насыщения - до 22.5 кА/м.

Известен способ [8] получения магнитной жидкости. Он осуществляется путем осаждения из водных растворов солей двух- и трехвалентного железа водным раствором аммиака, промывкой коллоидного магнетита дистиллированной водой, активацией водного осадка магнетита при нагревании до 27^97°С в течение 30 мин 70-80%-ной уксусной кислотой, стабилизацией олеиновой кислотой при нагревании до 27^97°С, промывкой стабилизированного магнетита дистиллированной водой до полного удаления олеиновой кислоты, пептизацией стабилизированного магнетита в жидкости-носителе керосине.

МЖ, полученная по этому способу, летуча, при испарении растворителя изменяет вязкость и плотность, не обладает достаточным диапазоном рабочих температур, поэтому не может быть широко использована в приборостроении.

Способ получения магнитной жидкости, включающий осаждение высокодисперсного магнетита из водных растворов солей двух- и трехвалентного железа при избытке двухвалентного железа раствором аммиака, промывку осадка дистиллированной водой, одновременную активацию и стабилизацию магнетита при нагревании смесью уксусной кислоты и поверхностно-активного вещества, включающего жирную кислоту, промывку стабилизированного магнетита дистиллированной водой и пептизацию при нагревании в жидкости-носителе на основе вакуумного масла, отличающийся тем, что пептизацию проводят в течение 4-6 ч непосредственно после промывки стабилизированного магнетита дистиллированной водой, в качестве поверхностноактивного вещества используют олеиновую кислоту, в качестве уксусной кислоты - ледяную уксусную кислоту, а в качестве вакуумного масла - минеральное углеводородное масло (ВМ).

Изобретение относится к области получения магнитных жидкостей, а также к области синтеза основного компонента магнитной жидкости феррофазы (высокодисперсного магнетита) из отходов травильного и гальванического производства. Предложен способ получения магнитной жидкости, включающий смешение солянокислого раствора осадка гальваношлама и отработанного травильного раствора при соотношении Ре3+/Ре2+=3:2, получение суспензии магнетита пептизацией смеси растворов добавлением гидроксида аммония 28%-ного с соосаж- дением оксидов двух- и трехвалентного железа и их взаимодействием, покрытие поверхности частиц магнетита в водной среде адсорбированным слоем стабилизирующего вещества, подогрев суспензии магнитных частиц с адсорбированным на них слоем стабилизирующего вещества, отделение их от водной фазы и смешение с неводной жидкостьюносителем. Причем после соосаждения оксидов двух- и трехвалентного железа осуществляют воздействие переменным магнитным полем с частотой 50 Гц на суспензию.

Известен способ получения МЖ, включающий образование суспензии магнетита путем соосаждения из растворов ионов двух- и трехвалентного железа, покрытие поверхности частиц магнетита адсорбированным слоем стабилизирующего вещества, отделение от суспензии фракции, содержащей стабилизированные магнитные частицы в жидкости-носителе, а в качестве источника трехвалентного железа для получения магнитной феррофазы используется солянокислый раствор осадка-отхода очистки сточных вод гальванических цехов [9].

Описанные способы получения магнитной жидкости отличаются трудоемкостью и длительностью процессов с получением дорогостоящего продукта.

В патенте на способ [10] описано получение МЖ, который состоит из следующих стадий: смешение в требуемом соотношении (Ре3+/Ре2+ = 3:2) солянокислого раствора осадка - гальваношлама и отработанного травильного раствора; получение суспензии магнитных частиц оксидов Ре' и Ре коллоидного размера пептизацией смеси растворов добавлением гидроксида аммония 28%-ного; покрытие осажденных частиц оксидов Ре2+ и Ре3+ в водной среде стабилизирующим веществом, образующим в избытке гидроксида аммония аммонийную соль, растворимую в воде; подогрев суспензии стабилизированных частиц для преобразования стабилизирующего вещества (разложение его аммонийной соли с образованием аммиачного газа) и превращение в нерастворимую в воде форму и отделение их от водной фазы; образование магнитной жидкости при смешении коагулянта с неводными жидкими носителями, которые обладают некоторой растворимостью по отношению к стабилизирующему веществу.

Полученная МЖ представляет стабильную коллоидную суспензию магнитных частиц, но с низкими показателями магнитных характеристик по сравнению с магнитной жидкостью из чистого сырья. Таким образом, показан усовершенствованный способ получения магнитных жидкостей с достижением более высоких магнитных характеристик, что является следствием проведения активации магнитной фазы за счет ее взаимодействия с переменным магнитным полем промышленной частоты с получением более развитой поверхности взаимодействия оксидов двух- и трехвалентного железа. Поставленная задача решается следующим образом: смешение в требуемом соотношении (Ре3+/Ре2+= 3:2) солянокислого раствора осадка - гальваношлама и отработанного травильного раствора; получение суспензии магнетита из оксидов Ге2+и Бе3+ коллоидного размера пептизацией смеси растворов добавлением гидроксида аммония 28%-ного с соосаждением оксидов двух- и трехвалентного железа и их взаимодействием; воздействие переменным магнитным полем с частотой 50 Гц на суспензию, где частицы магнетита под воздействием магнитного поля измельчаются с образованием новой поверхности и становятся более активными, что облегчает и интенсифицирует взаимодействие БеО с БегОз с увеличением выхода магнетита; покрытие осажденных частиц магнетита в водной среде стабилизирующим веществом, образующим в избытке гидроксида аммония аммонийную соль, растворимую в воде; подогрев суспензии стабилизированных частиц для преобразования стабилизирующего вещества (разложение его аммонийной соли с образованием аммиачного газа) и превращение в нерастворимую в воде форму и отделение их от водной фазы; образование магнитной жидкости при смешении коагулянта с неводной жидкостью-носителем, которые обладают некоторой растворимостью по отношению к стабилизирующему веществу.

Магнитные жидкости являются устойчивыми дисперсиями, имеющими свойства суперпарамагнетика. Твердые частицы, содержащиеся как дисперсная фаза в такой дисперсии, не подвергаются седиментации (не выпадают в осадок) ни в гравитационном, ни в магнитном полях.

МЖ состоят, в основном, из трех компонентов. Дисперсная магнитная составляющая включает твердые частицы ферро- или ферри- магнитных материалов, имеющие размер 3-50 нанометра (нм). Дисперсная фаза, присутствующая в форме нанометровых частиц, стабилизирована поверхностно-активными веществами. Нанометровые частицы однородно и устойчиво распределены в диспергирующем агенте, далее по тексту называемом «несущая жидкость». Молекулы поверхностно-активного вещества представляют собой амфифильные молекулы, имеющие как гидрофильные, так и липофильные свойства. Гидрофильные группы поверхностно-активных веществ химически связаны с поверхностью частиц, чтобы образовывать мономолекулярные адсорбционные слои. Например, карбоновые кислотные группы, сульфонатные группы, сульфатные группы, фосфатные группы или фосфо- натные или аминогруппы могут использоваться в качестве гидрофильных, химически сорбируемых молекул. Как поляризованные, так и не- поляризованные растворители пригодны для использования в качестве несущей жидкости.

В то время как внутренний адсорбционный слой химически привязан к поверхности частицы через гидрофильную группу поверхностно-активного вещества, внешний уровень адсорбируется к гидрофобным частям молекул во внутреннем слое более слабыми физическими взаимодействиями. Чтобы внешний слой образовался, необходимо наличие излишка поверхностно-активного вещества в водной фазе. Зачастую концентрация поверхностно-активных веществ во внешнем слое в водной фазе бывает чересчур высока, что ведет к повышению объемной вязкости и массовому накоплению этих веществ в процессе концентрации водной фазы, таким образом кардинально ограничивая степень магнитного насыщения. Намагниченность насыщения является мерилом концентрации магнитных частиц в магнитной жидкости.

МЖ на водной основе хорошо известны. Согласно заявке на изобретение [11] они обеспечивают магнитное насыщение до 25 мТл, а нанометровые частицы, выступающие в качестве магнитных состав-

V

ляющих, состоят из магнемита ( -БезОз), магнетита (РеЧО или смеси окисей, таких как феррит кобальта или феррит цинка марганца. Помимо прочего, такие магнитные жидкости на водной основе имеют тот недостаток, что имеют относительно высокую степень концентрации поверхностно-активных веществ в водной фазе. В результате они также имеют относительно высокую вязкость. Кроме того, повышенное содержание поверхностно-активных веществ не позволяет достигать значительного магнитного насыщения. В конечном счете высокая концентрация поверхностно-активных веществ может быть критической в смысле экологии, а также экономически невыгодной при массовом производстве.

Установлено, что МЖ на органической основе обычно подвергаются повторному осаждению [12] чтобы понизить концентрацию поверхностно-активного вещества в дисперсионной среде. Частицы осаждаются в осадок, диспергирующий агент, содержащий поверхностно-активные вещества, отфильтровывается и заменяется диспергирующим агентом, свободным от поверхностно-активных веществ. После нагревания частицы повторно диспергируют для образования магнитной жидкости. Этот процесс включает в себя условие, что подходящий осадитель всегда под рукой и поверхностно-активное вещество не будет удалено из частиц осадителем. Из-за этого такая процедура является весьма энергоемкой и относительно грубой. Такой процесс не может использоваться для магнитных жидкостей, в которых частицы стабилизированы внутренними и внешними адсорбционными слоями.

В таком случае внешний слой, просто поглощенный физическим способом, будет, как правило, удаляться из частиц, стабилизированных в поляризованной дисперсионной среде.

Согласно заявке на изобретение [13] частицы модифицируют, используя полимер с карбоксильной основой, при этом диспергирующий агент включает как карбоксильно-полимерные, так и неионные смачивающие вещества в высокую концентрацию. Для производства частицы магнетита осаждают в присутствии полимеров на карбоксильной основе, при этом образуется осадок из модифицированных частиц, этот осадок повторно диспергируют в диспергирующем агенте, имеющем вышеупомянутый состав. Намагниченность насыщения полученной таким образом магнитной жидкости, не превышает 10 мТл. Кроме

? I

того, электрическая проводимость, составляющая 900 Ом см , является очень низкой, что приводит к выпадению хлопьями частиц при добавлении электролита.

В патент [14] описывает водные магнитные жидкости, стабилизированные двумя адсорбционными слоями, включающими лаурино- вую кислоту и лаураты. Также эта МЖ включает избыток соли лаури- новой кислоты. Водная дисперсионная среда должна быть слегка щелочная. Достижимое магнитное насыщение - приблизительно 25 мТл. Одним из недостатков является то, что частицы подвергаются осаждению при смещении pH от нейтрального значения до кислотного диапазона.

Опубликованная заявка на изобретение [15] описывает магнитные жидкости на водной основе, в которых частицы магнетита стабилизированы внутренней жирной кислотой, и внешний уровень включает в себя этоксилированные (этилатные) спирты жирного ряда. Из-за условий производства диспергирующий агент содержит большой избыток этоксилированных (этилатных) жирных кислот, что приводит к относительно высокой вязкости магнитной жидкости, а достигаемое магнитное насыщение не превышает 25 мТл.

Поставленная задача решается магнитной жидкостью, состоящей из поляризованной несущей жидкости и магнитных нанометровых частиц, стабилизированных двумя мономолекулярными адсорбционными слоями, при этом МЖ имеет степень магнитной насыщенности не ме-

?

нее 30 мТл, а вязкость менее 100 мПа с при 40°С, причем несущая жидкость, по существу, не содержит никаких растворенных компонентов внешнего адсорбционного слоя.

В частных воплощениях изобретения в магнитной жидкости поляризованная несущая жидкость является водной и/или водорастворимой жидкостью типа гликоли или формамида. Магнитные нанометровые частицы могут иметь размер 3-50 нм. Магнитная насыщенность может составлять 30-100 мТл.

При этом возможно производство высококонцентрированной магнитной жидкости, основанной на неполяризованных или поляризованных несущих жидкостях и магнитных нанометровых частицах, стабилизированных одним или двумя адсорбционными слоями, состоящими из поверхностно-активных веществ. В магнитную жидкость добавляют вещества, снижающие растворимость поверхностно-активных веществ, нагревают до температуры не менее 30°С и подвергают воздействию внешнего магнитного поля, а после указанного воздействия поверхностно-активные вещества отделяют от нанометровых частиц.

В качестве веществ, снижающих растворимость, добавляют такие вещества, как кислоты, основания или соли, изменяющие значение pH; растворители, понижающие растворимость, и/или твердые тела, такие как другие поверхностно-активные вещества, соли и/или водорастворимые полимеры; вещества, поглощающие только несущую жидкость.

Магнитные жидкости, имеющие водную несущую жидкость, демонстрируют до настоящего времени недостижимые степени магнитного

?

насыщения - в диапазоне 30-100 мТл и вязкость менее 100 мПа с при 40°С. Вследствие высокого содержания нанометровых частиц, обеспечивающих высокую степень магнитного насыщения магнитных жидкостей согласно изобретению, и относительно низкой вязкости эти жидкости особенно пригодны в качестве рабочих жидкостей в медицинских насосах, в датчиках, а также для магнитогидростатической сепарации веществ.

В этом случае несущая жидкость больше не содержит поверхностно-активных веществ, обеспечивает экологические и экономические преимущества.

Заявляемые магнитные жидкости, имеющие высокую степень магнитного насыщения, получают с помощью описанных в данном изобретении способа и устройства. Было установлено, что поверхностноактивные вещества могут быть удалены за счет помещения известных как таковых (per se) магнитных жидкостей, имеющих относительно низкую степень магнитного насыщения и высокую концентрацию поверхностно-активных веществ, во внешнее магнитное поле в сочетании с использование мер по снижению растворимости поверхностно-активных веществ в несущей жидкости. Например, такое удаление возможно таким способом, что per se известные водные магнитные жидкости, стабилизированные одним внутренним и одним внешним адсорбционными слоями, нагревают до 30-95°С, что приводит к понижению растворимости поверхностно-активных веществ в несущей жидкости. Нагретая, таким образом МЖ, подвергается затем воздействию внешнего магнитного поля, чтобы генерировать сильное неоднородное магнитное поле- градиент магнитного поля - в водной магнитной жидкости. Например, это может быть выполнено таким способом, чтобы постоянный магнит, сделанный из редкоземельных материалов, который имеет поверхностное магнитное насыщения до 0,5 Тл, воздействовал таким образом, чтобы прижать нагретую водную магнитную жидкость к стенке контейнера.

После воздействия магнитного поля в течение приблизительно 15-120 минут главным образом те поверхностно-активные вещества, которые составляют второй внешний адсорбционный слой и присутствуют растворенными в водной несущей жидкости в высокой концентрации, удаляются из магнитных нанометровых частиц, унося с собой часть водной несущей жидкости, и выталкиваются к поверхности, откуда они могут стекать.

При этом остается концентрированная МЖ. Повторяя эту процедуру, можно увеличить концентрацию нанометровых частиц шаг за шагом так, чтобы можно было достигнуть степени магнитного насыщения в 70 мТл. Поскольку поверхностно-активные вещества в значительной степени удалены из жидкости несущей, достигается замечательно низкая степень вязкости концентрированной магнитной жидко-

?

сти в диапазоне 5-30 мПа с при 27°С.

Таким образом, были достигнуты значения магнитного насыще-

?

ния в 80 мТл при вязкости всего лишь в 70 мПа с при 27°С. Степени магнитного насыщения вплоть до 100 мТл были достигнуты путем дальнейшего удаления воды. Конечно вязкость вновь сильно повышается при таких чрезвычайно высоких значениях магнитного насыщения. Этот процесс может использоваться как с поляризованными, так и неполяризованными несущими жидкостями.

В качестве исходной магнитной жидкости берется МЖ с магнетитом на водной основе со щелочной реакцией, при этом частицы жидкости стабилизированы внутренним адсорбционным слоем лауриновой кислоты и внешним адсорбционным слоем лауриновой соли аммония согласно патенту на изобретения [16], и значение магнитной насыщенности равно 15 мТл. Поверхностно-активные вещества, разведенные в несущей водной жидкости, вынуждены образовывать агрегаты поверхностно-активного вещества вследствие медленного введения этилового спирта и разбавленного раствора соляной кислоты, не разрушая, однако, магнитную жидкость. После этого разделение части дисперсионной среды и поверхностно-активных веществ, содержащиеся в жидкости, осуществляется в градиенте магнитного поля. Затем щелочное значение pH исправляют, добавляя гидроксид аммония к концентрированной магнитной жидкости. Магнитная насыщенность концентрированной магнитной

?

жидкости 80 мТл при вязкости 100 мПа с при комнатной температуре.

Магнитная магнетитовая жидкость, на основе бензина, стабилизированная монослоем олеиновом кислоты и имеющая магнитную насыщенность в 30 мТл, используется в качестве исходной магнитной жидкости. Олеиновая кислота, содержащая бензин, конденсируется посредством добавления этилового спирта в пропорции 1:2. После воздействия внешнего магнитного поля магнитная насыщенность увели-

?

чивается до 100 мТл, а вязкость до 20 мПа с при 27°С.

Эффективность применения магнитной жидкости в качестве теплообменной среды представлена в патенте РФ [17]. Магнитомеханический бойлер, МЖ для управляемого энергообмена в магнитомеханическом бойлере и применение магнитной жидкости в качестве среды энергообмена в объектах теплоэнергетики

Магнитомеханический бойлер

Рис. 1.1. Магнитомеханический бойлер

Изобретение относится к энергетике. Магнитомеханический бойлер содержит герметичный корпус теплогенератора, заполненный магнитной жидкостью, в которую погружен его ферромагнитный ротор со сквозными каналами циркуляции магнитной жидкости внутри корпуса, который размещен в теплоизолированном баке, заполненном теплоносителем и снабженным патрубками теплогидравлической связи с потребителями тепловой энергии, на наружной поверхности ферромагнитного ротора выполнена дополнительная короткозамкнутая обмотка в виде омедненной цилиндрической поверхности, а на его нижнем торце выполнены лопасти, вал ротора гидроизолирован от соосной пропеллерной мешалки бака, на дне которого расположены теплоаккумулирующие емкости с легкоплавким веществом; в ферромагнитном статоре дополнительно выполнены сквозные продольные пазы циркуляции магнитной жидкости вдоль рабочего зазора между ротором и статором с обмотками.

Представленная МЖ может найти применение в качестве управляемой среды энергообмена не только в магнитомеханическом бойлере, но и в других устройствах и системах теплотехники, например в тепловыделяющих элементах стиральных машин и теплоаккумуляторах вместо обычных электрических ТЭНов; в теплоснабжающих контурах теп- лоаккумуляторов и паровых котлов вместо ядерных ТВЭЛов; в системах электрического управления отводом тепла механических трансмиссий и ретардаров транспортных средств, в паровых котлах и т.п. (ТЭН- трубчатый электронагреватель; ТВЭЛ - тепловыделяющий элемент).

В изобретение РФ [18] относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для визуализации магнитных полей записи при магнитографической дефектоскопии и феррографии. Способ приготовления магниточувствительной жидкости заключается в следующем: в магнитную жидкость на керосине с магнетитовыми частицами, средний диаметр которых составляет 15-17 нм, объемом 30-50 мл при постоянном перемешивании, при температуре 18-20°С добавляют порциями по 0,1-0,2 мл олеиновую кислоту. При достижении в магнитной жидкости концентрации олеиновой кислоты 10-12 об.% возникают квазитвердые спонтанно намагниченные агрегаты, размер которых не превышает 2 мкм. Средний размер агрегатов составляет менее 1 мкм. Тонкий слой полученной магниточувствительной жидкости наносится на носитель магнитной записи (магнитная дискета, магнитная лента, жесткий диск). Технический результат: уменьшение материальных и временных затрат, увеличение устойчивости и разрешающей способности полученной магниточувствительной жидкости.

В способе поверхностно-активное вещество добавляют в количестве 1-5 капель на 0,01 м2 поверхности намагниченной ленты [19]. Недостатком данного способа является недостаточная временная устойчивость индикаторной среды и чувствительность.

Известен способ контроля информации на магнитных носителях, заключающийся в приготовлении магниточувствительной жидкости, позволяющей визуализировать видеосигналограммы и цифровые магнитные сигналограммы, в которой разрешающая способность заявленной среды ограничивается размером содержащихся в ней капель (3-5 мкм) [20].

В патенте на изобретение [21] описывается магнигожцдкостная тепловая труба, содержащая частично заполненный теплоносителем - МЖ герметичный цилиндрический корпус с зонами испарения, конденсации и транспортировки, фитиль, расположенный на внутренней стенке корпуса, артериальный электромагнитный фитиль, жестко закрепленный внутри корпуса соосно с ним, состоящий из защитного корпуса, корпуса-основы из немагнитного материала, предназначенного для намотки поверх него нескольких отделенных друг от друга диэлектрическими разделительными шайбами электромагнитных катушек индуктивности, создающих внутри артериального фитиля, соединяющего торцевые стенки магнигожидкостной тепловой трубы, размещенного в корпусе-основе, бегущее в сторону зоны испарения магнитное поле, направленное вдоль оси магнигожидкостной тепловой трубы. Описанное изобретение позволяет уменьшить габариты электромагнитного фитиля и обеспечить большую технологичность при изготовлении магнигожидкостной тепловой трубы, работающей в любом положении при воздействии сил гравитации и в невесомости, (рис. 1.2).

Магнитожидкостная тепловая труба

Рис. 1.2. Магнитожидкостная тепловая труба

Проведенный информационно-патентный обор показал, что в сфере создания МЖ и реализации на их основе различных технических систем существуют противоречивые подходы, а многие вопросы особенно связанные теплообменными процессами в магнитных полях практически не исследуются. В этом отношение актуальной является работа посвященная вопросам изучения МЖ в системах тепловой аккумуляции в условиях управления магнитным полем.

Цель работы: Повышение эффективности ТА за счет применения наномодифицированного магнитоуправляемого материала на основе синтетического масла содержащего ферромагнитные частицы, парафин и углеродные нанотрубки.

В соответствии с поставленной целью были сформированы задачи исследований:

  • • Информационно-патентный обзор по вопросам, связанным с магнитными жидкостями.
  • • Разработка методики экспериментальных исследований для магнитной жидкости на основе синтетического масла содержащего ферромагнитные частицы, парафин и углеродные нанотрубки.
  • • Проведение экспериментальных исследований с магнитной жидкостью на основе синтетического масла содержащего ферромагнитные частицы, парафин и углеродные нанотрубки.
  • • Исследование диапазона возможных тепловых потоков, которые способна передавать магнитная жидкость в режиме теплового контакта под действием магнитного поля
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >