ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО магнітної рідини.
Магнітні рідини є суспензією однодоменних мікрочастинок феро-і феримагнетики в рідкому середовищі (гасі, воді, толуолі, мінеральних і кремнійорганічних маслах і т.п.). Як магнетика використовується високодисперсні залізо, феромагнітні окисли g Fe 2 O 3, Fe 3 O 4, ферити нікелю, кобальту. Дисперсні частинки, внаслідок малості їх розмірів (близько 10 нм), знаходяться в інтенсивному броунівському русі. Агрегативна стійкість колоїдних систем з магнітними частинками забезпечується адсорбційними шарами, що перешкоджають зближенню частинок на такі відстані, при яких енергія тяжіння буде більше, ніж разупорядочівающая енергія теплового руху. З цією метою, тобто для стійкості по відношенню до укрупнення частинок внаслідок їх злипання, в колоїд вводиться певна кількість стабілізатора - поверхнево-активної речовини (ПАР). Як правило, в якості ПАР використовують речовини, що складаються з полярних органічних молекул, які і створюють на поверхні дисперсних частинок адсорбційно-сольватний шари. Намагніченість насичення концентрованих магнітних рідин може досягати 100 кА / м в магнітних полях напруженістю 10 5 А / м при збереженні плинності мж. Магнітна сприйнятливість магнітних рідин на кілька порядків вище, ніж у гомогенних парамагнітних рідин і досягає значення 10-15. Її величина залежить від розміру частинок і їх об'ємної концентрації. Однак, збільшення розміру частинок обмежено через можливість злипання частинок за рахунок їх великої магнітного моменту або порушення умови однодоменних. Тому, в стійких колоїдах зазвичай розмір часток не перевищує 10-15 нм. Максимальна концентрація магнітного речовини в магнітній рідині залежить від діаметру частинок і мінімально можливої відстані між ними. Крім цього, на її величину впливає і розподіл часток за розмірами. Зазвичай максимальна об'ємна концентрація твердої фази в мж не перевищує 0,25. Найбільш поширеною магнітною рідиною є мж типу магнетит в гасі з олеїнової кислотою в якості стабілізатора. Вперше методика отримання стабілізованої колоїдного розчину магнетиту була запропонована В. Елмором [4]. Останнім часом такі рідини отримують методом конденсації при осадженні магнетиту лугом з водного розчину солей двох-і тривалентного заліза. Детальний опис більшості подібних методик наведено в роботі [5]. У результаті отримують мж, в'язкість якої при намагніченості насичення 50-60 кА / м може бути порівнянна з в'язкістю води. Полідисперсності магнетитових часток, отриманих описаним способом, визначається колоколообразной функцією розподілу часток з шириною розподілу порядку середнього розміру частинок (10 нм). У таких малих частках при збереженні в них мимовільної намагніченості зростає ймовірність теплових флуктуацій магнітного моменту [6]. У результаті цього можлива хаотична переорієнтація моменту частинки відносно її кристалографічних напрямків з характерним часом неелевской релаксації t N = T 0 · exp (g), де g = E a / kT, - ефективна енергія магнітної анізотропії, t 0 = 10 -9 с [7]. Такі частинки, внаслідок їх специфіки, отримали назву "суперпарамагнітні" [8].
У рідкому середовищі можлива також обертальна дифузія самих частинок. У цьому випадку може виявитися броунівський механізм релаксації магнітного моменту, при цьому, переважання броунівського або неелевского механізму релаксації залежить від співвідношення часів релаксації t N та обертальної
Основним засобом управління магнітними рідинами є магнітне поле. Наприклад, за допомогою впливу на них неоднорідного магнітного поля можна досягти об'ємних пондеромоторних сил на декілька порядків перевищують силу тяжіння. Ці сили використовуються у магнітожідкостних сепараторах, датчиках прискорень і т.д. Внаслідок можливості локалізації мж полем були розроблені магнітожідкостние ущільнення, керовані мастильні матеріали, магніточутливих рідини для дефектоскопії та ін На практиці застосовуються найрізноманітніші магнітні рідини, серед яких слід виділити мж на основі мінеральних масел і кремнійорганічних середовищ. В'язкість таких магнітних рідин при намагніченості насичення 20-40 кА / м може досягати величини порядку 10 4 Па · с, тому, їх іноді ідентифікують з магнітними пастами. Для потреб медицини розробляються мж на харчових рослинних оліях.
Магнітна рідина як однорідна намагнічуються середовище.
На початковому етапі дослідження магнітних рідин було сформовано уявлення про них як однорідної рідкої намагнічуються середовищі з термодинамічно рівноважною поляризацією. Так у роботі Розенцвейга і Нойрінгера [9] пондеромоторное вплив неоднорідного магнітного поля на магнітну рідину розглядається на основі наявності в ній об'ємної щільності сил та об'ємної щільності імпульсів сил.
Представлення магнітної рідини у вигляді однорідного дипольного газу, в якому елементарним носієм магнітного моменту є дисперсна частинка дозволяє застосувати для опису намагнічування такої системи закон Ланжевена [10], виведений ним для ансамблю молекул парамагнітного газу. У цьому випадку вираз для намагніченості магнітної рідини М в полі Н може бути представлено у вигляді:
де М S - намагніченість насичення вихідного діспергіроване речовини, Q - об'ємна концентрація твердої фази, М ¥ - намагніченість насичення колоїду, m - магнітний момент дисперсної частинки.
У слабких полях, коли, функція Ланжевена може бути представлена першим членом розкладу в ряд Тейлора
Припускаючи, що форма дисперсних частинок близька до сферичної, з урахуванням m = M S V (V - обсяг частки) отримуємо:
де M ¥ = nm - намагніченість насичення мж, d - діаметр частинки, n - числова концентрація.
У досить сильних магнітних полях, коли,
На основі ланжевеновской залежності намагніченості від поля виник метод магнітної гранулометрії [11]. З його допомогою можливо визначення діаметра d частинки з вимірювань магнітної сприйнятливості в слабких полях і за вимірюваннями намагніченості в сильних полях, тобто в області, близької до насичення. Відповідні розрахунки проводяться за формулами:
де
У перших експериментальних роботах було отримано гарну згоду кривих намагнічування з функцією Ланжевена [10,12]. Деяке відхилення добре усувається урахуванням розподілу частинок за розмірами. Так, використання в якості функції розподілу формули Гауса дало можливість представити залежність намагніченості від поля у вигляді [10]:
де n - повне число частинок в обсязі, n (a) - число частинок, діаметр яких задовольняє d <a.
Надалі магнітні властивості МЖ вивчалися в роботах [13-15]. У роботі [13] відмінність між значеннями об'ємної концентрації, обчисленими незалежно по щільності МЗ та її намагніченості насичення, пояснюється тим, що молекули ПАР можуть утворити в результаті реакції з магнетитом немагнітні з'єднання - олеат заліза. Внаслідок цього відбувається зменшення діаметра магнітного керна на деяку величину, яка, за припущенням авторів роботи, приблизно дорівнює постійної решітки кристалічного магнетиту. Вираз для намагніченості в цьому випадку має вигляд:
n i - число частинок діаметром d i.
Узгодження експериментальних даних з розрахованими за цією
формулою отримано також у роботі [15].
Магнітогранулометріческіе розрахунки, що проводилися в ряді робіт [13,14,16], показали, що значення діаметра частинки, знайдене за магнітними вимірюваннями в слабких полях, завжди більше знайденого за магнітним вимірюваннями в сильних полях. Як правило це пояснюється тим, що в слабких полях у намагніченість мж більший внесок роблять великі частки, тоді як в області насичення починають орієнтуватися і більш дрібні частинки, що знаходяться в більш інтенсивному броунівському русі. Разом з тим, простий аналіз магнитогранулометрического методу ставить під сумнів правомірність таких пояснень.
Рівняння, що описують рух дисперсної намагнічуються середовища з використанням методів термодинаміки незворотних процесів, виведені в роботах В.В. Гогосова та ін [17].
B ряді робіт [18-22] магнітна рідина розглядається як однорідна рідина з внутрішніми моментами обертання (передбачається жорсткий зв'язок магнітного моменту частки з її твердою матрицею). У цьому випадку в гідродинамічні рівняння входять t D - броунівський час орієнтаційної релаксації частинки і t S - час загасання власного обертання частинки, які залежать від розміру частинок з сольватний оболонкою. Експериментальне визначення часу орієнтаційної релаксації здійснювалося у ряді робіт [23,24], проте до теперішнього часу вона не є однозначно вирішеною через її складності. Облік обертальних ступенів свободи, як показано М. І. Шліомісом [22] для магнітожорстких частинок і А. О. Цеберсом [25] для частинок з неелевскім механізмом релаксації, дозволяє пояснити збільшення в'язкості магнітних рідин в зовнішньому магнітному полі. Іншою причиною збільшення в'язкості мж в магнітному полі може бути взаємодія частинок, що приводить до утворення ланцюгових агрегатів. Так, в роботі [26] за результатами дослідження в'язкості МЖ при різній орієнтації поля проведені оцінки анізотропії форми частинок, а з зіставлення результатів вимірювання в'язкості, намагніченості і часів релаксації магнітного моменту зроблено висновок, що колоїдні частинки мж не є однодоменних, а являють собою агрегати однодоменних частинок. На істотний внесок диполь-дипольного взаємодії у внутрішнє тертя в мж зазначено в роботах [27, 28], де виявлено, що концентровані магнітні рідини виявляють неньютонівські властивості. В [28] показано, що виявлений при малих швидкостях зсуву межа плинності пропорційний силі магнітодіпольного взаємодії частинок. На прояв неньютонівських властивостей магнітних рідин, пов'язане з магнітодіпольним взаємодією дисперсних частинок, вказувалося також в [29], де показано, що початкова напруга зсуву залежить від напруженості магнітного поля.
Таким чином, до певного часу вважалося встановленим фактом, що магнітна рідина веде себе в магнітному полі як однорідна суперпарамагнітна середовище, в якому елементарним носієм магнетизму є дисперсні частинки. Проте, надалі, разом із здійсненням синтезу більш концентрованих магнітних рідин, стало з'являтися все більше робіт, що ставлять під сумнів застосовність для опису властивостей мж моделі однорідного середовища, що підкоряється класичної теорії парамагнетизму. Отже дослідження процесів структуроутворення є досить актуальним для подальшого розвитку фізики магнітних рідин.
Структурно-динамічні освіти в магнітних рідинах.
Сучасні успіхи в області синтезу магнітних рідин, дозволяють отримувати магнітні колоїди стійкі до розшарування і зберігають свої властивості тривалий час. Тим не менше, навіть у
таких мж не виключена можливість об'єднання частинок в агрегати, коли відстань між ними відповідає вторинному мінімуму енергії їх взаємодії при збереженні бар'єру відштовхування. Ці процеси досліджені в ряді експериментальних і теоретичних робіт, аналіз яких неодноразово проводився в оглядах [1-3] і в дисертаціях (наприклад в [30-32]).
Де Жен і Пінкус [33] розглянули колоїд, що складається з ідентичних феромагнітних частинок, зважених у пасивній по відношенню до магнітного поля рідини. Для характеристики диполь-дипольного взаємодії, що приводить до агрегації введений параметр, званий константою спарювання
У роботі [21] А.О. Цеберс, розглядаючи магнітну рідину як ідеальний багатокомпонентний газ, досліджував асоціації частинок і можливість утворення ниткоподібних агрегатів у магнітному полі. Зокрема ним показано, що зі збільшенням концентрації твердої фази середнє число часток в агрегаті зростає. Д. Крюгером було зазначено, що утворення агрегатів починається з невеликих утворень з крупних часток, які присутні в мж навіть за відсутності магнітного поля. У магнітному полі, сильна взаємодія агрегатів призводить до їх злиття і утворення агрегатів мотузкового типу. Д. Крюгером і Р. Петерсоном зазначено, що для розуміння процесів агрегування необхідні експериментальні дослідження характерних часів агрегування і впливу зсувних зусиль на агрегати. Відзначимо, що результати досліджень у цьому напрямку могли б бути також корисними у зв'язку із застосуванням мж в магнітожідкостних ущільненнях, де мж піддаються впливу сильних магнітних полів і сдвиговой деформації.
Експериментальне дослідження виникнення агрегатів, проведене в роботі в деяких випадках дало якісне згоду з висновками, зробленими в теоретичних роботах. Так зазначено, що при збільшенні середнього розміру дисперсних частинок освіта цепочечних структур відбувається навіть у слабких полях, що задовольняє теорії. У багатьох роботах, присвячених експериментальному дослідженню процесів агрегування використані оптичні методи. У роботі вивчався оборотне утворення ланцюжкових агрегатів у магнітної рідини на основі води. Було виявлено зміну інтенсивності світла, що пройшов через кювету з магнітною рідиною в магнітному полі, яке пояснюється утворенням агрегатів. Інтенсивність розсіяного світла змінювалася відповідно до вираження
Середнє значення ширини агрегату виявилося рівним D h = 0,9 · 10 -5 м. Такі агрегати можна спостерігати в оптичний мікроскоп, що й було здійснено. При візуальних спостереженнях з'ясовано, що утворення агрегатів є оборотним, їх довжина залежить від напруженості магнітного поля, а число часток в агрегаті у всіх випадках перевершує значення, які дає теорія. Оптичний метод дослідження агрегування був використаний у роботах Бібіка Є.Є. та ін Було виявлено зменшення прозорості магнітної рідини при впливі на неї магнітного поля, що пов'язано авторами з тим, що відбувається при цьому процесом агрегування. Ними також розглянуто вплив електричного поля, спрямованого перпендикулярно магнітному на магнитооптический ефект, обумовлений агрегуванням.
Процеси агрегування за допомогою дослідження дифракційного світлорозсіювання вивчалися в ряді робіт. Внаслідок витягнутості агрегатів вздовж магнітного поля і сумірності їх поперечних розмірів з довжиною світлової хвилі, вони у своїй сукупності діють як нерегулярна дифракційна решітка, значно (на 1-3 порядки), збільшуючи інтенсивність світлорозсіювання в площині перпендикулярній полю. Теоретично розсіювання світла тонкими шарами мж, що містять витягнуті уздовж поля агрегати, було розглянуто Райхером Ю.Л. При цьому, передбачалося, що шар магнітного колоїду являє собою чергування паралельних ланцюжків з частинок, так, що межцепочечние проміжки утворюють систему вузьких прозорих щілин, які розсіюють світло. Була розрахована кутова залежність інтенсивності монохроматичного світла, що розсіюється такою системою, коли відсутній порядок в розташуванні щілин.
Експериментальне дослідження анізотропного розсіювання світла проведено в, де досліджувані зразки магнітної рідини отримували розведенням концентрованих мж розчинником і розчинником з додаванням ПАР, встановлено зв'язок між структурою розбавлених МЗ та характеристиками світлорозсіювання ними в магнітному полі. Дифракційне світлорозсіювання тонкими шарами мж, підданих дії магнітного поля, досліджено в роботі А.Ф.
Пшеничникова. Обробка отриманих експериментально індикатрис розсіювання із застосуванням теоретичних висновків дозволила автору отримати інформацію про процеси агрегування і динаміці трансформації агрегатів у магнітному полі.
Дослідження структурної анізотропії колоїдних систем можливе також за допомогою вивчення явища подвійного променезаломлення в таких середовищах. Дослідженню цього ефекту, що виникає в магнітних рідинах при впливі магнітного поля присвячений ряд робіт. Відзначимо, що в багатьох роботах причиною оптичної анізотропії вважається неідеальна форма частинок, яку можна охарактеризувати ставленням півосей b / a деякого еквівалентного еліпсоїда обертання. У магнітному полі відбувається ориентационное впорядкування частинок і колоїд набуває анізотропні властивості. При цьому, внаслідок малості частинок в порівнянні з довжиною хвилі у видимій області спектру, анізотропію колоїду можна описати тензором поляризуемости колоїдної частинки на оптичних частотах:
де одиничний вектор n спрямований уздовж виділеного напрямку частинки, а a | | і a ^ - паралельна і поперечна (по відношенню до n) компоненти поляризуемости частинки в електричному полі світлової хвилі. У цьому випадку ізотропна частина тензора діелектричної проникності може бути представлена у вигляді [3]:
(<> - Усереднення з функцією розподілу напрямків n; с - об'ємна концентрація часток). У рівноважному стані для тензора анізотропії магнітного колоїду в магнітному полі, що також показано в, слід вираз:
а різниця коефіцієнтів заломлення світла, поляризованого уздовж і поперек напрямку намагнічує поле
Це вираз без множника (n 2 - 2) / 3 розглядалася в роботах, а для малих значень параметра ефективної магнітної анізотропії - в. Згідно з результатами деяких експериментальних робіт, в яких різниця n | | - n ^ визначалася за зсувом фаз d = 2п l (n | | - n ^) / l між поляризованими перпендикулярно зовнішньому магнітному полю і вздовж нього променями при проходженні світла через зразок колоїду товщиною l, магнітне двулучепреломление добре описується орієнтаційної моделлю для незалежних частинок. У роботах досліджено подвійне променезаломлення у магнітних рідинах в електричному і магнітному полі, де також інтерпретація отриманих результатів побудована на основі одночасткове моделі. Аналіз отриманих результатів дозволив з умови компенсації ефектів Керра і Котона-Мутона визначити магнітний момент частинки, якому відповідає радіус її магнітного керна близько 5 нм. Це може вказувати, що орієнтаційна модель придатна і для опису ефектів двулучепреломления при спільній дії електричного і магнітного полів. Разом з тим, ряд експериментальних результатів виявилося скрутним пояснити на основі цієї моделі. Наприклад, у роботі проведено аналіз застосовності орієнтаційної моделі для опису магнітооптичних ефектів широкого класу колоїдів, де зазначено, що для колоїдів магнетиту в вуглеводневих середовищах інтерпретація зазначених ефектів на основі орієнтаційної моделі для незалежних частинок цілком прийнятна, проте для зразків на водою основі стає скрутною. Було припущено, що це пов'язано з існуванням в колоїді анізотропних цепочечних агрегатів, типу димерів, тримерів і т.п. Подібна модель використана для пояснення двулучепреломления і в роботах [58, 59], де для різниці фаз звичайного і незвичайного променів при проходженні зразка товщиною l отримано вираз:
(Q - об'ємна концентрація дисперсних частинок, e - відношення діелектричної проникності частинки і розчинника, <N> - усереднене значення деполярізующего фактора цепочечних кластерів.
Інформація про причини двулучепреломления і механізм його релаксації може бути отримана методом обертової кювети. Сутність цього методу полягає в тому, що осередок з колоїдом, поміщена в магнітне поле, поперечне променю світла, обертається між схрещеними поляризаторами. За куті повороту жорстко пов'язаних поляризатора і аналізатора реєструється зміна напрямку оптичної осі зразка. Як випливає з висновків та аналізу зазначених робіт для ряду досліджених зразків підтверджується застосовність орієнтаційної моделі незалежних частинок. Однак існують зразки, для яких метод обертової кювети дає результати, які не узгоджуються з цією моделлю. Мабуть, в цьому випадку необхідна побудова моделей, що враховують виникнення в магнітному полі анізотропних за формою агрегатів і гідродинамічні ефекти їх деформації і руйнування.
У роботах з метою вивчення агрегування досліджено вплив зсувної течії на магнітні властивості дисперсних магнетиків. Зазначено, що намагніченість крупнодисперсних суспензій істотно залежить від програми в'язких напруг (зменшується на 30-40% при швидкості зсуву порядку 10 4 з -1), тоді як для магнітної рідини, що представляє собою колоїдний розчин магнетиту в гасі (об'ємна концентрація 6%), такої залежності не виявлено в усьому дослідженому діапазоні швидкостей зсуву і напруженостей магнітного поля. На думку авторів, отримані результати відповідають теорії освіти цепочечних агрегатів в однорідному магнітному полі [33]. Велику увагу дослідженню агрегування магнітних рідин приділено в роботах Чеканова В.В. та ін [62-63]. У роботі [62] відзначена можливість утворення в мж на основі гасу агрегатів двох типів: каплеподобних, змінюють свою форму при накладенні поля, і квазитвердой, які в деяких випадках при вимиканні поля залишаються намагніченими. З виникненням, при деякому пороговому значенні напруженості магнітного поля, витягнутих уздовж поля крапельних структур авторами [63] зв'язується виявлений ними вигин на кривій намагнічування магнітної рідини на основі гасу з об'ємною концентрацією магнетиту Q = 15%.
Експериментальному і теоретичному дослідженню каплеподобних агрегатів присвячено ряд робіт Бакрі та ін [64,65]. В основному, ці дослідження присвячені гідростатики міжфазної поверхні мікрокраплинної агрегату в магнітному полі. Зокрема встановлено нестабільність форми еліпсоїдального агрегату для деяких значень його ексцентриситету: зі збільшенням магнітного поля, при деякому пороговому значенні його напруженості, відбувається стрибкоподібне збільшення витягнутості агрегату вздовж поля. При подальшому зменшенні поля стрибкоподібне зменшення витягнутості агрегату відбувається при меншому значенні порогової напруженості. Відзначимо, що в цих роботах не ставилося мети вивчення впливу мікрокраплинної агрегатів на магнітні властивості магнітної рідини. Цій проблемі приділялась увага в роботах Пшеничникова А.Ф. та ін [66,67]. У роботі [66] для дослідження дисперсного складу крапельних агрегатів була виділена збагачена агрегатами важка фракція. Для цього колоїдний розчин магнетиту містився в неоднорідне магнітне поле. Агрегати накопичувалися в зоні з найбільшою напруженістю поля і відбиралися з неї за допомогою шприца. За отриманими кривим намагнічування досліджуваних зразків були знайдені намагніченість насичення М ¥, початкова сприйнятливість c, числова концентрація часток n і середній магнітний момент частинки <m>. Додаткова інформація про магнітні параметри агрегатів була отримана при дослідженні магнітофорезадвіженія агрегатів в неоднорідному магнітному полі. Отримані результати дозволили авторам зробити висновки, що основну роль в агрегування грають найбільш великі частки, при цьому, процес розшарування рідин протікає з характерним часом у кілька хвилин. Утворилися краплинні агрегати є гранично концентровані магнітні рідини, окремі дисперсні частинки в яких зберігають поступальні й обертальні ступені свободи, при цьому намагніченість насичення і початкова магнітна сприйнятливість агрегатів близькі до максимально можливих значень для ультрадисперсних сумішей. Зроблено також висновок, що серед відомих моделей, що дозволяють отримати аналітичний вираз для намагніченості з урахуванням взаємодії частинок найбільш прийнятно среднесферіческое наближення. Воно добре описує початкову магнітну сприйнятливість магнітних рідин при температурах 290-320 К, при зниженні температури розбіжність між розрахунковими та експериментальними даними збільшується.
Таким чином можна зробити висновок, що останнім часом стали розвиватися експериментальні та теоретичні дослідження агрегування і взаємодії частинок у магнітних рідинах. Однак, до моменту початку роботи над цією дисертацією єдиної точки зору на характер цих явищ не було. Однією з причин цього була недостатність накопичених у цій галузі експериментальних даних. Було відсутнє систематичне дослідження взаємозв'язку процесів структурування і оптичних властивостей магнітних рідин, а також впливу різного типу структурних утворень і їх перетворень на ефекти світлорозсіювання в магнітних рідин, яке призвело б до розвитку фізики магнітних рідин з урахуванням агрегування і взаємодії частинок.
Проведений огляд теоретичних і експериментальних робіт, присвячених структурним і оптичними властивостями магнітних рідин показав, що спочатку, у багатьох дослідженнях допускалася можливість подання магнітної рідини у вигляді однорідного дипольного газу, в якому елементарним носієм магнетизму є дисперсна частинка. Однак, у наступних роботах показана обмеженість цієї моделі, пов'язана з проявом міжчасткових взаємодій, у результаті яких у магнітних рідинах можлива поява структурних утворень, що роблять істотний вплив на фізичні властивості таких систем. Ефекти взаємодії частинок та пов'язані з ними процеси агрегування залучили інтерес широкого кола дослідників, проте до моменту початку роботи над цією дисертацією залишалися слабо вивченими.
У ряді робіт повідомляється про існування різних типів структурних утворень, проте питання про переважаючих механізмах структурування, про експериментальне розпізнанні утворень того чи іншого типу залишався відкритим. Іншими словами, недостатньо були досліджені структурні утворення різних типів, їх трансформація в магнітному полі та під впливом зсувних напружень. Очевидна необхідність цілеспрямованих досліджень властивостей агрегованих мж, які повинні мати ряд особливостей, пов'язаних з наявністю в мж різного типу структурних утворень. Зокрема, необхідність моделювання різних типів структурно-динамічних утворень та вивчення їх характерного поведінки в тих чи інших умовах.
Розвиток досліджень структурованих магнітних рідин і поява можливості їх практичного використання, (зокрема мж з мікрокраплинної структурою) призвело до ідеї штучного створення багатофазних намагнічуються середовищ - магнітних рідин з немагнітним наповнювачем. Такі рідини можуть одержати широке застосування як магніточутливих середовища, що вказує на перспективи їх застосування для вирішення деяких задач хімічної технології, приладобудуванні і т.п. У зв'язку з цим, актуальними стають дослідження властивостей магнітних рідин з немагнітним наповнювачем, зокрема освіта анізотропної структури і пов'язані з цими процесами особливості оптичних властивостей таких систем. Подібні дослідження могли б бути корисними і при теоретичному описі рідких багатофазних намагнічуються середовищ.
Магнітні рідини є суспензією однодоменних мікрочастинок феро-і феримагнетики в рідкому середовищі (гасі, воді, толуолі, мінеральних і кремнійорганічних маслах і т.п.). Як магнетика використовується високодисперсні залізо, феромагнітні окисли g Fe 2 O 3, Fe 3 O 4, ферити нікелю, кобальту. Дисперсні частинки, внаслідок малості їх розмірів (близько 10 нм), знаходяться в інтенсивному броунівському русі. Агрегативна стійкість колоїдних систем з магнітними частинками забезпечується адсорбційними шарами, що перешкоджають зближенню частинок на такі відстані, при яких енергія тяжіння буде більше, ніж разупорядочівающая енергія теплового руху. З цією метою, тобто для стійкості по відношенню до укрупнення частинок внаслідок їх злипання, в колоїд вводиться певна кількість стабілізатора - поверхнево-активної речовини (ПАР). Як правило, в якості ПАР використовують речовини, що складаються з полярних органічних молекул, які і створюють на поверхні дисперсних частинок адсорбційно-сольватний шари. Намагніченість насичення концентрованих магнітних рідин може досягати 100 кА / м в магнітних полях напруженістю 10 5 А / м при збереженні плинності мж. Магнітна сприйнятливість магнітних рідин на кілька порядків вище, ніж у гомогенних парамагнітних рідин і досягає значення 10-15. Її величина залежить від розміру частинок і їх об'ємної концентрації. Однак, збільшення розміру частинок обмежено через можливість злипання частинок за рахунок їх великої магнітного моменту або порушення умови однодоменних. Тому, в стійких колоїдах зазвичай розмір часток не перевищує 10-15 нм. Максимальна концентрація магнітного речовини в магнітній рідині залежить від діаметру частинок і мінімально можливої відстані між ними. Крім цього, на її величину впливає і розподіл часток за розмірами. Зазвичай максимальна об'ємна концентрація твердої фази в мж не перевищує 0,25. Найбільш поширеною магнітною рідиною є мж типу магнетит в гасі з олеїнової кислотою в якості стабілізатора. Вперше методика отримання стабілізованої колоїдного розчину магнетиту була запропонована В. Елмором [4]. Останнім часом такі рідини отримують методом конденсації при осадженні магнетиту лугом з водного розчину солей двох-і тривалентного заліза. Детальний опис більшості подібних методик наведено в роботі [5]. У результаті отримують мж, в'язкість якої при намагніченості насичення 50-60 кА / м може бути порівнянна з в'язкістю води. Полідисперсності магнетитових часток, отриманих описаним способом, визначається колоколообразной функцією розподілу часток з шириною розподілу порядку середнього розміру частинок (10 нм). У таких малих частках при збереженні в них мимовільної намагніченості зростає ймовірність теплових флуктуацій магнітного моменту [6]. У результаті цього можлива хаотична переорієнтація моменту частинки відносно її кристалографічних напрямків з характерним часом неелевской релаксації t N = T 0 · exp (g), де g = E a / kT, - ефективна енергія магнітної анізотропії, t 0 = 10 -9 с [7]. Такі частинки, внаслідок їх специфіки, отримали назву "суперпарамагнітні" [8].
У рідкому середовищі можлива також обертальна дифузія самих частинок. У цьому випадку може виявитися броунівський механізм релаксації магнітного моменту, при цьому, переважання броунівського або неелевского механізму релаксації залежить від співвідношення часів релаксації t N та обертальної
Основним засобом управління магнітними рідинами є магнітне поле. Наприклад, за допомогою впливу на них неоднорідного магнітного поля можна досягти об'ємних пондеромоторних сил на декілька порядків перевищують силу тяжіння. Ці сили використовуються у магнітожідкостних сепараторах, датчиках прискорень і т.д. Внаслідок можливості локалізації мж полем були розроблені магнітожідкостние ущільнення, керовані мастильні матеріали, магніточутливих рідини для дефектоскопії та ін На практиці застосовуються найрізноманітніші магнітні рідини, серед яких слід виділити мж на основі мінеральних масел і кремнійорганічних середовищ. В'язкість таких магнітних рідин при намагніченості насичення 20-40 кА / м може досягати величини порядку 10 4 Па · с, тому, їх іноді ідентифікують з магнітними пастами. Для потреб медицини розробляються мж на харчових рослинних оліях.
Магнітна рідина як однорідна намагнічуються середовище.
На початковому етапі дослідження магнітних рідин було сформовано уявлення про них як однорідної рідкої намагнічуються середовищі з термодинамічно рівноважною поляризацією. Так у роботі Розенцвейга і Нойрінгера [9] пондеромоторное вплив неоднорідного магнітного поля на магнітну рідину розглядається на основі наявності в ній об'ємної щільності сил та об'ємної щільності імпульсів сил.
Представлення магнітної рідини у вигляді однорідного дипольного газу, в якому елементарним носієм магнітного моменту є дисперсна частинка дозволяє застосувати для опису намагнічування такої системи закон Ланжевена [10], виведений ним для ансамблю молекул парамагнітного газу. У цьому випадку вираз для намагніченості магнітної рідини М в полі Н може бути представлено у вигляді:
де М S - намагніченість насичення вихідного діспергіроване речовини, Q - об'ємна концентрація твердої фази, М ¥ - намагніченість насичення колоїду, m - магнітний момент дисперсної частинки.
У слабких полях, коли, функція Ланжевена може бути представлена першим членом розкладу в ряд Тейлора
Припускаючи, що форма дисперсних частинок близька до сферичної, з урахуванням m = M S V (V - обсяг частки) отримуємо:
де M ¥ = nm - намагніченість насичення мж, d - діаметр частинки, n - числова концентрація.
У досить сильних магнітних полях, коли,
На основі ланжевеновской залежності намагніченості від поля виник метод магнітної гранулометрії [11]. З його допомогою можливо визначення діаметра d частинки з вимірювань магнітної сприйнятливості в слабких полях і за вимірюваннями намагніченості в сильних полях, тобто в області, близької до насичення. Відповідні розрахунки проводяться за формулами:
де
У перших експериментальних роботах було отримано гарну згоду кривих намагнічування з функцією Ланжевена [10,12]. Деяке відхилення добре усувається урахуванням розподілу частинок за розмірами. Так, використання в якості функції розподілу формули Гауса дало можливість представити залежність намагніченості від поля у вигляді [10]:
де n - повне число частинок в обсязі, n (a) - число частинок, діаметр яких задовольняє d <a.
Надалі магнітні властивості МЖ вивчалися в роботах [13-15]. У роботі [13] відмінність між значеннями об'ємної концентрації, обчисленими незалежно по щільності МЗ та її намагніченості насичення, пояснюється тим, що молекули ПАР можуть утворити в результаті реакції з магнетитом немагнітні з'єднання - олеат заліза. Внаслідок цього відбувається зменшення діаметра магнітного керна на деяку величину, яка, за припущенням авторів роботи, приблизно дорівнює постійної решітки кристалічного магнетиту. Вираз для намагніченості в цьому випадку має вигляд:
n i - число частинок діаметром d i.
Узгодження експериментальних даних з розрахованими за цією
формулою отримано також у роботі [15].
Магнітогранулометріческіе розрахунки, що проводилися в ряді робіт [13,14,16], показали, що значення діаметра частинки, знайдене за магнітними вимірюваннями в слабких полях, завжди більше знайденого за магнітним вимірюваннями в сильних полях. Як правило це пояснюється тим, що в слабких полях у намагніченість мж більший внесок роблять великі частки, тоді як в області насичення починають орієнтуватися і більш дрібні частинки, що знаходяться в більш інтенсивному броунівському русі. Разом з тим, простий аналіз магнитогранулометрического методу ставить під сумнів правомірність таких пояснень.
Рівняння, що описують рух дисперсної намагнічуються середовища з використанням методів термодинаміки незворотних процесів, виведені в роботах В.В. Гогосова та ін [17].
B ряді робіт [18-22] магнітна рідина розглядається як однорідна рідина з внутрішніми моментами обертання (передбачається жорсткий зв'язок магнітного моменту частки з її твердою матрицею). У цьому випадку в гідродинамічні рівняння входять t D - броунівський час орієнтаційної релаксації частинки і t S - час загасання власного обертання частинки, які залежать від розміру частинок з сольватний оболонкою. Експериментальне визначення часу орієнтаційної релаксації здійснювалося у ряді робіт [23,24], проте до теперішнього часу вона не є однозначно вирішеною через її складності. Облік обертальних ступенів свободи, як показано М. І. Шліомісом [22] для магнітожорстких частинок і А. О. Цеберсом [25] для частинок з неелевскім механізмом релаксації, дозволяє пояснити збільшення в'язкості магнітних рідин в зовнішньому магнітному полі. Іншою причиною збільшення в'язкості мж в магнітному полі може бути взаємодія частинок, що приводить до утворення ланцюгових агрегатів. Так, в роботі [26] за результатами дослідження в'язкості МЖ при різній орієнтації поля проведені оцінки анізотропії форми частинок, а з зіставлення результатів вимірювання в'язкості, намагніченості і часів релаксації магнітного моменту зроблено висновок, що колоїдні частинки мж не є однодоменних, а являють собою агрегати однодоменних частинок. На істотний внесок диполь-дипольного взаємодії у внутрішнє тертя в мж зазначено в роботах [27, 28], де виявлено, що концентровані магнітні рідини виявляють неньютонівські властивості. В [28] показано, що виявлений при малих швидкостях зсуву межа плинності пропорційний силі магнітодіпольного взаємодії частинок. На прояв неньютонівських властивостей магнітних рідин, пов'язане з магнітодіпольним взаємодією дисперсних частинок, вказувалося також в [29], де показано, що початкова напруга зсуву залежить від напруженості магнітного поля.
Таким чином, до певного часу вважалося встановленим фактом, що магнітна рідина веде себе в магнітному полі як однорідна суперпарамагнітна середовище, в якому елементарним носієм магнетизму є дисперсні частинки. Проте, надалі, разом із здійсненням синтезу більш концентрованих магнітних рідин, стало з'являтися все більше робіт, що ставлять під сумнів застосовність для опису властивостей мж моделі однорідного середовища, що підкоряється класичної теорії парамагнетизму. Отже дослідження процесів структуроутворення є досить актуальним для подальшого розвитку фізики магнітних рідин.
Структурно-динамічні освіти в магнітних рідинах.
Сучасні успіхи в області синтезу магнітних рідин, дозволяють отримувати магнітні колоїди стійкі до розшарування і зберігають свої властивості тривалий час. Тим не менше, навіть у
таких мж не виключена можливість об'єднання частинок в агрегати, коли відстань між ними відповідає вторинному мінімуму енергії їх взаємодії при збереженні бар'єру відштовхування. Ці процеси досліджені в ряді експериментальних і теоретичних робіт, аналіз яких неодноразово проводився в оглядах [1-3] і в дисертаціях (наприклад в [30-32]).
Де Жен і Пінкус [33] розглянули колоїд, що складається з ідентичних феромагнітних частинок, зважених у пасивній по відношенню до магнітного поля рідини. Для характеристики диполь-дипольного взаємодії, що приводить до агрегації введений параметр, званий константою спарювання
У роботі [21] А.О. Цеберс, розглядаючи магнітну рідину як ідеальний багатокомпонентний газ, досліджував асоціації частинок і можливість утворення ниткоподібних агрегатів у магнітному полі. Зокрема ним показано, що зі збільшенням концентрації твердої фази середнє число часток в агрегаті зростає. Д. Крюгером було зазначено, що утворення агрегатів починається з невеликих утворень з крупних часток, які присутні в мж навіть за відсутності магнітного поля. У магнітному полі, сильна взаємодія агрегатів призводить до їх злиття і утворення агрегатів мотузкового типу. Д. Крюгером і Р. Петерсоном зазначено, що для розуміння процесів агрегування необхідні експериментальні дослідження характерних часів агрегування і впливу зсувних зусиль на агрегати. Відзначимо, що результати досліджень у цьому напрямку могли б бути також корисними у зв'язку із застосуванням мж в магнітожідкостних ущільненнях, де мж піддаються впливу сильних магнітних полів і сдвиговой деформації.
Експериментальне дослідження виникнення агрегатів, проведене в роботі в деяких випадках дало якісне згоду з висновками, зробленими в теоретичних роботах. Так зазначено, що при збільшенні середнього розміру дисперсних частинок освіта цепочечних структур відбувається навіть у слабких полях, що задовольняє теорії. У багатьох роботах, присвячених експериментальному дослідженню процесів агрегування використані оптичні методи. У роботі вивчався оборотне утворення ланцюжкових агрегатів у магнітної рідини на основі води. Було виявлено зміну інтенсивності світла, що пройшов через кювету з магнітною рідиною в магнітному полі, яке пояснюється утворенням агрегатів. Інтенсивність розсіяного світла змінювалася відповідно до вираження
Середнє значення ширини агрегату виявилося рівним D h = 0,9 · 10 -5 м. Такі агрегати можна спостерігати в оптичний мікроскоп, що й було здійснено. При візуальних спостереженнях з'ясовано, що утворення агрегатів є оборотним, їх довжина залежить від напруженості магнітного поля, а число часток в агрегаті у всіх випадках перевершує значення, які дає теорія. Оптичний метод дослідження агрегування був використаний у роботах Бібіка Є.Є. та ін Було виявлено зменшення прозорості магнітної рідини при впливі на неї магнітного поля, що пов'язано авторами з тим, що відбувається при цьому процесом агрегування. Ними також розглянуто вплив електричного поля, спрямованого перпендикулярно магнітному на магнитооптический ефект, обумовлений агрегуванням.
Процеси агрегування за допомогою дослідження дифракційного світлорозсіювання вивчалися в ряді робіт. Внаслідок витягнутості агрегатів вздовж магнітного поля і сумірності їх поперечних розмірів з довжиною світлової хвилі, вони у своїй сукупності діють як нерегулярна дифракційна решітка, значно (на 1-3 порядки), збільшуючи інтенсивність світлорозсіювання в площині перпендикулярній полю. Теоретично розсіювання світла тонкими шарами мж, що містять витягнуті уздовж поля агрегати, було розглянуто Райхером Ю.Л. При цьому, передбачалося, що шар магнітного колоїду являє собою чергування паралельних ланцюжків з частинок, так, що межцепочечние проміжки утворюють систему вузьких прозорих щілин, які розсіюють світло. Була розрахована кутова залежність інтенсивності монохроматичного світла, що розсіюється такою системою, коли відсутній порядок в розташуванні щілин.
Експериментальне дослідження анізотропного розсіювання світла проведено в, де досліджувані зразки магнітної рідини отримували розведенням концентрованих мж розчинником і розчинником з додаванням ПАР, встановлено зв'язок між структурою розбавлених МЗ та характеристиками світлорозсіювання ними в магнітному полі. Дифракційне світлорозсіювання тонкими шарами мж, підданих дії магнітного поля, досліджено в роботі А.Ф.
Пшеничникова. Обробка отриманих експериментально індикатрис розсіювання із застосуванням теоретичних висновків дозволила автору отримати інформацію про процеси агрегування і динаміці трансформації агрегатів у магнітному полі.
Дослідження структурної анізотропії колоїдних систем можливе також за допомогою вивчення явища подвійного променезаломлення в таких середовищах. Дослідженню цього ефекту, що виникає в магнітних рідинах при впливі магнітного поля присвячений ряд робіт. Відзначимо, що в багатьох роботах причиною оптичної анізотропії вважається неідеальна форма частинок, яку можна охарактеризувати ставленням півосей b / a деякого еквівалентного еліпсоїда обертання. У магнітному полі відбувається ориентационное впорядкування частинок і колоїд набуває анізотропні властивості. При цьому, внаслідок малості частинок в порівнянні з довжиною хвилі у видимій області спектру, анізотропію колоїду можна описати тензором поляризуемости колоїдної частинки на оптичних частотах:
де одиничний вектор n спрямований уздовж виділеного напрямку частинки, а a | | і a ^ - паралельна і поперечна (по відношенню до n) компоненти поляризуемости частинки в електричному полі світлової хвилі. У цьому випадку ізотропна частина тензора діелектричної проникності може бути представлена у вигляді [3]:
(<> - Усереднення з функцією розподілу напрямків n; с - об'ємна концентрація часток). У рівноважному стані для тензора анізотропії магнітного колоїду в магнітному полі, що також показано в, слід вираз:
а різниця коефіцієнтів заломлення світла, поляризованого уздовж і поперек напрямку намагнічує поле
Це вираз без множника (n 2 - 2) / 3 розглядалася в роботах, а для малих значень параметра ефективної магнітної анізотропії - в. Згідно з результатами деяких експериментальних робіт, в яких різниця n | | - n ^ визначалася за зсувом фаз d = 2п l (n | | - n ^) / l між поляризованими перпендикулярно зовнішньому магнітному полю і вздовж нього променями при проходженні світла через зразок колоїду товщиною l, магнітне двулучепреломление добре описується орієнтаційної моделлю для незалежних частинок. У роботах досліджено подвійне променезаломлення у магнітних рідинах в електричному і магнітному полі, де також інтерпретація отриманих результатів побудована на основі одночасткове моделі. Аналіз отриманих результатів дозволив з умови компенсації ефектів Керра і Котона-Мутона визначити магнітний момент частинки, якому відповідає радіус її магнітного керна близько 5 нм. Це може вказувати, що орієнтаційна модель придатна і для опису ефектів двулучепреломления при спільній дії електричного і магнітного полів. Разом з тим, ряд експериментальних результатів виявилося скрутним пояснити на основі цієї моделі. Наприклад, у роботі проведено аналіз застосовності орієнтаційної моделі для опису магнітооптичних ефектів широкого класу колоїдів, де зазначено, що для колоїдів магнетиту в вуглеводневих середовищах інтерпретація зазначених ефектів на основі орієнтаційної моделі для незалежних частинок цілком прийнятна, проте для зразків на водою основі стає скрутною. Було припущено, що це пов'язано з існуванням в колоїді анізотропних цепочечних агрегатів, типу димерів, тримерів і т.п. Подібна модель використана для пояснення двулучепреломления і в роботах [58, 59], де для різниці фаз звичайного і незвичайного променів при проходженні зразка товщиною l отримано вираз:
(Q - об'ємна концентрація дисперсних частинок, e - відношення діелектричної проникності частинки і розчинника, <N> - усереднене значення деполярізующего фактора цепочечних кластерів.
Інформація про причини двулучепреломления і механізм його релаксації може бути отримана методом обертової кювети. Сутність цього методу полягає в тому, що осередок з колоїдом, поміщена в магнітне поле, поперечне променю світла, обертається між схрещеними поляризаторами. За куті повороту жорстко пов'язаних поляризатора і аналізатора реєструється зміна напрямку оптичної осі зразка. Як випливає з висновків та аналізу зазначених робіт для ряду досліджених зразків підтверджується застосовність орієнтаційної моделі незалежних частинок. Однак існують зразки, для яких метод обертової кювети дає результати, які не узгоджуються з цією моделлю. Мабуть, в цьому випадку необхідна побудова моделей, що враховують виникнення в магнітному полі анізотропних за формою агрегатів і гідродинамічні ефекти їх деформації і руйнування.
У роботах з метою вивчення агрегування досліджено вплив зсувної течії на магнітні властивості дисперсних магнетиків. Зазначено, що намагніченість крупнодисперсних суспензій істотно залежить від програми в'язких напруг (зменшується на 30-40% при швидкості зсуву порядку 10 4 з -1), тоді як для магнітної рідини, що представляє собою колоїдний розчин магнетиту в гасі (об'ємна концентрація 6%), такої залежності не виявлено в усьому дослідженому діапазоні швидкостей зсуву і напруженостей магнітного поля. На думку авторів, отримані результати відповідають теорії освіти цепочечних агрегатів в однорідному магнітному полі [33]. Велику увагу дослідженню агрегування магнітних рідин приділено в роботах Чеканова В.В. та ін [62-63]. У роботі [62] відзначена можливість утворення в мж на основі гасу агрегатів двох типів: каплеподобних, змінюють свою форму при накладенні поля, і квазитвердой, які в деяких випадках при вимиканні поля залишаються намагніченими. З виникненням, при деякому пороговому значенні напруженості магнітного поля, витягнутих уздовж поля крапельних структур авторами [63] зв'язується виявлений ними вигин на кривій намагнічування магнітної рідини на основі гасу з об'ємною концентрацією магнетиту Q = 15%.
Експериментальному і теоретичному дослідженню каплеподобних агрегатів присвячено ряд робіт Бакрі та ін [64,65]. В основному, ці дослідження присвячені гідростатики міжфазної поверхні мікрокраплинної агрегату в магнітному полі. Зокрема встановлено нестабільність форми еліпсоїдального агрегату для деяких значень його ексцентриситету: зі збільшенням магнітного поля, при деякому пороговому значенні його напруженості, відбувається стрибкоподібне збільшення витягнутості агрегату вздовж поля. При подальшому зменшенні поля стрибкоподібне зменшення витягнутості агрегату відбувається при меншому значенні порогової напруженості. Відзначимо, що в цих роботах не ставилося мети вивчення впливу мікрокраплинної агрегатів на магнітні властивості магнітної рідини. Цій проблемі приділялась увага в роботах Пшеничникова А.Ф. та ін [66,67]. У роботі [66] для дослідження дисперсного складу крапельних агрегатів була виділена збагачена агрегатами важка фракція. Для цього колоїдний розчин магнетиту містився в неоднорідне магнітне поле. Агрегати накопичувалися в зоні з найбільшою напруженістю поля і відбиралися з неї за допомогою шприца. За отриманими кривим намагнічування досліджуваних зразків були знайдені намагніченість насичення М ¥, початкова сприйнятливість c, числова концентрація часток n і середній магнітний момент частинки <m>. Додаткова інформація про магнітні параметри агрегатів була отримана при дослідженні магнітофорезадвіженія агрегатів в неоднорідному магнітному полі. Отримані результати дозволили авторам зробити висновки, що основну роль в агрегування грають найбільш великі частки, при цьому, процес розшарування рідин протікає з характерним часом у кілька хвилин. Утворилися краплинні агрегати є гранично концентровані магнітні рідини, окремі дисперсні частинки в яких зберігають поступальні й обертальні ступені свободи, при цьому намагніченість насичення і початкова магнітна сприйнятливість агрегатів близькі до максимально можливих значень для ультрадисперсних сумішей. Зроблено також висновок, що серед відомих моделей, що дозволяють отримати аналітичний вираз для намагніченості з урахуванням взаємодії частинок найбільш прийнятно среднесферіческое наближення. Воно добре описує початкову магнітну сприйнятливість магнітних рідин при температурах 290-320 К, при зниженні температури розбіжність між розрахунковими та експериментальними даними збільшується.
Таким чином можна зробити висновок, що останнім часом стали розвиватися експериментальні та теоретичні дослідження агрегування і взаємодії частинок у магнітних рідинах. Однак, до моменту початку роботи над цією дисертацією єдиної точки зору на характер цих явищ не було. Однією з причин цього була недостатність накопичених у цій галузі експериментальних даних. Було відсутнє систематичне дослідження взаємозв'язку процесів структурування і оптичних властивостей магнітних рідин, а також впливу різного типу структурних утворень і їх перетворень на ефекти світлорозсіювання в магнітних рідин, яке призвело б до розвитку фізики магнітних рідин з урахуванням агрегування і взаємодії частинок.
Проведений огляд теоретичних і експериментальних робіт, присвячених структурним і оптичними властивостями магнітних рідин показав, що спочатку, у багатьох дослідженнях допускалася можливість подання магнітної рідини у вигляді однорідного дипольного газу, в якому елементарним носієм магнетизму є дисперсна частинка. Однак, у наступних роботах показана обмеженість цієї моделі, пов'язана з проявом міжчасткових взаємодій, у результаті яких у магнітних рідинах можлива поява структурних утворень, що роблять істотний вплив на фізичні властивості таких систем. Ефекти взаємодії частинок та пов'язані з ними процеси агрегування залучили інтерес широкого кола дослідників, проте до моменту початку роботи над цією дисертацією залишалися слабо вивченими.
У ряді робіт повідомляється про існування різних типів структурних утворень, проте питання про переважаючих механізмах структурування, про експериментальне розпізнанні утворень того чи іншого типу залишався відкритим. Іншими словами, недостатньо були досліджені структурні утворення різних типів, їх трансформація в магнітному полі та під впливом зсувних напружень. Очевидна необхідність цілеспрямованих досліджень властивостей агрегованих мж, які повинні мати ряд особливостей, пов'язаних з наявністю в мж різного типу структурних утворень. Зокрема, необхідність моделювання різних типів структурно-динамічних утворень та вивчення їх характерного поведінки в тих чи інших умовах.
Розвиток досліджень структурованих магнітних рідин і поява можливості їх практичного використання, (зокрема мж з мікрокраплинної структурою) призвело до ідеї штучного створення багатофазних намагнічуються середовищ - магнітних рідин з немагнітним наповнювачем. Такі рідини можуть одержати широке застосування як магніточутливих середовища, що вказує на перспективи їх застосування для вирішення деяких задач хімічної технології, приладобудуванні і т.п. У зв'язку з цим, актуальними стають дослідження властивостей магнітних рідин з немагнітним наповнювачем, зокрема освіта анізотропної структури і пов'язані з цими процесами особливості оптичних властивостей таких систем. Подібні дослідження могли б бути корисними і при теоретичному описі рідких багатофазних намагнічуються середовищ.