Распространение звука в магнитных жидкостях на основе минеральных масел вблизи температуры стеклования дисперсионной среды

Цель. Целью данной работы является установление зависимости влияния концентрации твёрдой фазы на акустические параметры магнитной жидкости на основе трансформаторного масла в широком диапазоне температур, в том числе вблизи точки стеклования дисперсионной среды.

Процедура и методы. Проведённые в данной работе исследования основаны на методах физической акустики, в частности импульсном методе переменного расстояния при внешнем температурном воздействии.

Результаты. Исследованы температурные и концентрационные зависимости плотности, скорости и коэффициента поглощения ультразвуковых (далее – УЗ) волн. Проведено сравнение с основными теоретическими моделями и подходами. В области температур возле точки стеклования дисперсионной среды наблюдаются дополнительные эффекты, не описанные в литературных источниках и не согласующиеся с существующими на данный момент теориями распространения звука в дисперсных системах с большой разностью плотностей между жидкой и твердой фазой.

Теоретическая значимость. Научный и практический интерес представляет исследование ненамагниченных ферромагнитных коллоидов с высоким контрастом плотностей между фазами вблизи точки стеклования дисперсионной среды, так как в этой области температур наблюдается недостаточность исследований и, к тому же, возможны дополнительные эффекты, связанные со смещением фазового перехода на высоких концентрациях твердой фазы.

1. Dukhin A. S., Goetz P. J. Acoustic spectroscopy for concentrated polydisperse colloids with high density contrast. In: Langmuir, 1996, vol. 12, iss. 21, pp. 4987–4997. DOI: 10.1021/la951085y.

2. Sazan H., Piperno S., Layani M., Magdassi Sh., Shpaisman H. Directed assembly of nanoparticles into continuous microstructures by standing surface acoustic waves. In: Journal of Colloid and Interface Science, 2019, vol. 536, pp. 701–709. DOI: 10.1016/j.jcis.2018.10.100.

3. Qiu L., Zhu N., Feng Y., Michaelides E. E., Żyła G., Jing D., Zhang X., Norris P. A., Markides Ch. N., Mahian O. A review of recent advances in thermophysical properties at the nanoscale: From solid state to colloids. In: Physics Reports, 2020, vol. 843, pp. 1–81. DOI: 10.1016/j.physrep.2019.12.001.

4. Joseph A., Radhakrishnan Nair P., Mathew S. Investigation of Iron Oxide-Based on Nanofluids and Ionic Liquids by Ultrasonic Sound Velocity Method. In:International Journal of Thermophysics, 2020, vol. 41, iss. 12, article id. 168. DOI: 10.1007/s10765-020-02748-y.

5. Hardoň1a Š., Kúdelčik J., Rajňák M., Kubovčikova M. Study of structural changes in biocompatible fluid by the acoustic spectroscopy. In: Romanian Reports in Physics, 2021, vol. 73, article no. 603.

6. Minakov A. V., Pryazhnikov M. I., Damdinov B. B., Nemtsev I. V. Acoustic Spectroscopy Study of the Bulk Viscosity of Nanosuspensions. In: Acoustical Physics, 2022, vol. 68, no. 2, pp. 155–161. DOI: 10.1134/S1063771022020051.

7. Kharat P. B., More S. D., Somvanshi S. B., Jadhav K. M. Exploration of thermoacoustics behavior of water based nickel ferrite nanofluids by ultrasonic velocity method. In: Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2019, vol. 30, pp. 6564–6574. DOI: 10.1007/s10854-019-00963-4.

8. Pryazhnikov M. I., Minakov A. V, Rudyak V. Ya., Platonov D. V. Viscosity and acoustic parameters of suspension based on ethylene glycol with aluminum nanoparticles. In: Journal of Physics: Conference Series, 2020, vol. 1565: All-Russian scientific conference with international participation “Thermophysics and Power Engineering in Academic Centers” (TPEAC-2019, 21–23 October 2019, St. Petersburg, Russian Federation), no. 1, pp. 012095. DOI: 10.1088/1742-6596/1565/1/012095.

9. Jameel B., Hornowski T., Bielas R., Jόzefczak A. Ultrasound Study of Magnetic and Non-Magnetic Nanoparticle Agglomeration in High Viscous Media. In: Materials, 2022, vol. 15, no. 10, pp. 3450. DOI: 10.3390/ma15103450.

10. Wei Q., Yang Q., Gao W., Luo Z. Influences of media on dispersion behaviors and electrokinetic properties of nanoceria particles in concentrated slurries. In: Journal of Nanoparticle Research, 2020, vol. 22, iss. 7, article id. 182. DOI: 10.1007/s11051-020-04922-7.

11. Singh S. P., Verma A. K., Jaiswal A. K., Singh D., Yadav R. R. Study of Ultrasonic and Thermal Properties for Heat Transfer Enhancement in Fe 2O 3 Nanoparticles-Ethylene Glycol Nanofluids. In: International Journal of Thermophysics, 2021, vol. 42, article number: 60. DOI: 10.1007/s10765-021-02809-w.

12. Luo Z., Wei Q., Yang Q., Gao W. Study on the dispersion behaviors of binary micro/nanoparticles in concentrated suspensions by ultrasonic attenuation technology. In: Journal of Nanoparticle Research, 2022, vol. 24, iss. 9, article id. 182. DOI: 10.1007/s11051-022-05567-4.

13. Dukhin A. S. Acoustic spectroscopy for particle size measurement of concentrated nanodispersions. In: Hodoroaba V.-D., Unger W. E. S., Shard A. G., eds. Characterization of Nanoparticles. Measurement Processes for Nanoparticles. Amsterdam, Elsevier, 2020, pp. 197–211. DOI: 10.1016/B978-0-12-814182-3.00013-4.

14. Isakovich M. A. L. I. Mandel'shtam and the propagation of sound in microscopically inhomogeneous media. In: Soviet Physics Uspekhi, 1979, vol. 22, iss. 11, pp. 928–933. DOI: 1070/PU1979v022n11ABEH005649.

15. Rytov S. M., Vladimirskii V. V., Galanin M. D. Sound propagation in dispersed systems. In: Zhurnal eksperimental'noy i teoreticheskoy fiziki [Journal of Experimental and Theoretical Physics], 1938, vol. 8, no. 5, pp. 614–626.

16. Allegra J. R., Hawley S. A. Attenuation of sound in suspensions and emulsions: Theory and experiments. In: The Journal of the Acoustical Society of America, 1972, vol. 51, iss. 5B, pp. 1545–1564. DOI: 10.1121/1.1912999.