Determination of Ferrofluid Magnetisation Curve Based on the Measurement of Particle Distribution Obtained by the DLS Method

• Autorzy: Tarasevych Yuliia , Szczęch Marcin

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0016.2935

Warianty tytułu

PL

Wyznaczanie krzywej magnetyzacji ferrocieczy na podstawie pomiaru rozkładu cząstek otrzymanego metodą DLS

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Ferrofluid is a colloid with particles of about 10nm that show magnetic properties. These fluids are used in a variety of applications. Their application is affected by the type of carrier base liquid, the magnetic properties of the particle's material, and their size and shape. In practical applications, the magnetisation curve and the initial magnetic susceptibility are the most important characteristics of any ferrofluid. There are many methods for determining magnetic characteristics, e.g., using magnetometers. The magnetisation curve can also be determined on the particle distribution obtained using a transmission electron microscope (TEM). However, the cost of these devices and tests is relatively high. This paper describes a method for determining the magnetisation curve based on particle size measurements using the dynamic light scattering (DLS) method. Also, it is necessary to know the saturation magnetisation of the ferrofluid. The obtained magnetic characteristics were compared with magnetisation curves described in other publications. The purpose of this paper is to present the method and determine the influence of various particle distribution parameters on ferrofluid characteristics. The advantage of the method is that a small volume of ferrofluid is required in measurements using the DLS method. The measurement can be performed quickly, and the result can be used to estimate the magnetic properties of ferrofluids quickly. These characteristics can be used in analyses (mathematical or numerical calculations) of different devices such as magnetic seals, magnetic couplings, magnetic dampers, etc.

PL

Ferrociecz to koloid o cząstkach rzędu około 10 nm, który wykazuje właściwości magnetyczne. Ciecze te znalazły zastosowanie w różnych aplikacjach. Na ich potencjalne zastosowanie wpływa rodzaj bazy nośnej, magnetyczne właściwości cząstek oraz wielkość i kształt. W praktycznym zastosowaniu krzywa magnetyzacji oraz wartość podatności magnetycznej są najważniejszymi parametrami ferrocieczy. Istnieje wiele metod wyznaczenia charakterystyk magnetycznych np. za pomocą magnetometrów lub krzywą tę można wyznaczyć na podstawie znajomości rozkładu cząstek otrzymanego z wykorzystaniem transmisyjnego mikroskopu elektronowego (TEM). Koszty tych urządzeń oraz badań są jednak relatywnie wysokie. W pracy opisano metodę wyznaczenia krzywej magnetyzacji na podstawie pomiaru wielkości cząstek z wykorzystaniem metody dynamicznego rozpraszania światła (DLS) oraz znajomości wartości magnetyzacji nasycenia ferrocieczy. Otrzymane charakterystyki magnetyczne porównano z krzywymi magnetyzacji opisanymi w innych publikacjach. Celem pracy jest przedstawienie metody oraz określenie wpływu różnych parametrów rozkładu cząstek na otrzymywane charakterystyki magnetyczne. Zaletą metody jest to, że wymagana jest mała objętość ferrocieczy w pomiarach z wykorzystaniem metody (DLS). Pomiar można wykonać w krótkim czasie, a wynik może zostać wykorzystany do szybkiego oszacowania właściwości magnetycznych ferrocieczy. Uzyskane charakterystyki mogą być wykorzystane w analizach (obliczeniach matematycznych lub numerycznych) różnych urządzeń takich jak uszczelnienia magnetyczne, sprzęgła magnetyczne, tłumiki itp.

Słowa kluczowe

EN

ferrofluid; magnetic fluid; DLS measurement; particle distribution

PL

ferrociecz; ciecz magnetyczna; Pomiary DLS; rozkład cząstek

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 1
• Strony: 77--84
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., wykr., wz.

Twórcy

autor

Tarasevych Yuliia

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Mickiewicza 30 Ave., 30-059 Krakow, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-7483-337X

autor

Szczęch Marcin

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Mickiewicza 30 Ave., 30-059 Krakow, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-1997-357X

Bibliografia

• 1. Zhu T., Cheng R., Mao L.: Focusing microparticles in a microfuidic channel with ferrofuids, Microfuid Nanofuid, 11, pp. 695–701 (2011) https://doi.org/10.1007/s10404-011-0835-0.
• 2. Hong R.Y., Pan T.T., Han Y.P.: Magnetic field synthesis of Fe3O4 nanoparticles used as a precursor of ferrofluids, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 310, pp. 37–47 (2007), https://doi. org/10.1016/j.jmmm.2006.07.026.
• 3. Yang, W., Zhang, Y., Yang, X.: Systematic analysis of ferrofluid: a visualization review, advances engineering applications, and challenges, Journal of Nanoparticle Research, 24(102), pp. 1–44 (2022), https://doi.org/10.1007/s11051-022-05477-5.
• 4. Raouf I., Gas P., Kim H.S.: Numerical Investigation of Ferrofluid Preparation during In-Vitro Culture of Cancer Therapy for Magnetic Nanoparticle Hyperthermia, Sensors, 21(16), pp. 1–19 (2021), doi: 10.3390/s21165545.
• 5. Oehlsen O., Cervantes-Ramírez S., Cervantes-Avilés P., Medina Velo I.: Approaches on Ferrofluid Synthesis and Applications: Current Status and Future Perspectives, ACS Omega, 7(4), pp. 3134–3150 (2022) https://doi.org/10.1021/acsomega.1c05631.
• 6. Rongli G., Jian L., Shaona H., Bangcai W., Tingzhen Z., Hua M., Qingmei Z.: Magnetisation behaviour of mixtures of ferrofluids and paramagnetic fluids with same particle volume fractions, Journal of Experimental Nanoscience, 7(3), pp. 282–297 (2012), doi: 10.1080/17458080.2010.524668.
• 7. Daeseong J., Hackjin K., Magnetization of Magnetite Ferrofluid Studied by Using a Magnetic Balance, Bulletin of the Korean Chemical Society, 34(6), pp. 1715–1721 (2013).
• 8. Ivanov A. S., Pshenichnikov A. F.: Measurements of the Transverse Susceptibility and Magnetization of Magnetic Fluids, Instruments and Experimental Techniques, 52(3), pp. 466–470 (2008).
• 9. Szczęch, M.: A novel approach for estimating the magnetization curve of magnetic fluids, Engineering Computations, 34(6), pp. 2063–2073 (2017), https://doi.org/10.1108/EC-05-2016-0161.
• 10. Ivanov A., Kantorovich S., Reznikov E., Holm Ch., Pshenichnikov A., Lebedev, A., Chremos A., Camp P.: Magnetic properties of polydisperse ferrofluids: A critical comparison between experiment, theory, and computer simulation, Physical review. E, 75, pp. 1–2 (2007), doi: 10.1103/PhysRevE.75.061405.
• 11. Berkov D., Görnert P., Buske N., Gansau C., Mueller J., Michael G., Neumann W., Su D.: New method for the determination of the particle magnetic moment distribution in a ferrofluid, Journal of Physics D: Applied Physics, 33, pp. 331–337 (2000).
• 12. Zielinski B., Skumiel A., Józefczak A.: Experimental investigation of CoFe2O4 particle size and acoustic properties of magnetic fluid, Archives of Acoustics, 31(4), pp. 165–170 (2006).
• 13. Farkas N., Kramar J.A.: Dynamic light scattering distributions by any means, Journal of Nanoparticle Research, 23(120), pp. 1–11 (2021), https://doi.org/10.1007/s11051-021-05220-6.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).