本文描述了这一现象的必要条件的热能释放磁性流体放置在一个高频旋转磁场。磁场计算的最小振幅和释放的热能(通过旋转粘性介质中球形纳米粒子)估计。的估计是基于假设磁弛豫时间(τ_N和τ_B)和磁场旋转时期(τ_腐烂)满足条件:τ_N> >τ_腐烂> >τ_B。设备的操作原理和建筑产生高频旋转磁场。初步实验研究进行了使用磁性流体与磁铁矿纳米颗粒显示磁弛豫的原因释放热量。吸收速率的值在实验及其依赖磁场的强度决定。

目前,研究了磁性液体(MF)从实验和理论方面[1,2]由于其独特的物理性质和广泛的应用。计算机模拟[1,2]通过微细血管的流媒体应用于理论模型,其不稳定性和热流现象调查[3]。磁性液体含有磁性纳米颗粒(NPs)容易控制[4]的外部电场和磁场。

多年来,磁性纳米颗粒已被越来越多的使用在许多领域的技术和生物医学。它们被用于生物医学磁共振成像,药或磁高热(MH)。MH的作用是实现温度的地方增加的地方激活靶细胞的磁性纳米粒子在交变高频磁场的影响下。

将磁性纳米颗粒在一个变量中高频磁场引起热效应。这一现象的原因是在磁性流体释放热能。当NPs小颗粒,只有超顺磁的性质,热影响的主要原因是磁弛豫。磁弛豫现象解释了由布朗奈尔机理和机制。这两种磁化》米_年代出现的特征松弛时间(τ_N,τ_B根据磁芯的大小)τ_米和水动力直径d_h,以及颗粒的磁性材料的性质,液体粘度η_年代和温度T[5]。根据这些参数的值,较小的弛豫时间的机制占主导地位。当τ_N> >τ_B奈尔的机制是可以忽略的,这种情况下纳米粒子与大小略大的担忧。内部的磁化矢量的旋转磁核心实际上是阻塞和整个纳米颗粒旋转。这意味着这样的粒子可以在旋转磁场旋转(RMF),只要驱动转矩大于液体介质的阻力。

在方法中,使用一个振荡磁场[6、7]普遍存在,但最近有报道称描述的RMF (8、9)。由于振荡磁场相对容易生成(即使在高频率),最常用于MF升温。然而,RMF能产生热量输出[8]高于相同的磁场值的振荡场振幅和频率。如果放在一个NP RMF[10],它可以旋转粘性介质,由于摩擦,热能释放及其温度上升。因此,两个部队行动的时刻同时纳米粒子:驱动扭矩T_d和转矩τ_b从抵抗部队周围的介质。

机械传动转矩T_d行动产生的外部磁场的磁矩米_年代·V_米NP的定义是[11]:

$T_d={\mu }_{0}H{米}_{\mathrm{年代}}{V}_{米}罪\theta ,$(1)

在那里,H磁场的强度,V_米磁芯的卷,µ₀= 4π·10⁷H·m¹是真空的渗透性,米_年代磁性材料的磁饱和和吗^θ是向量夹角H和磁矩。

如果粘性流体中的球体旋转频率f相对于RM——没有下滑f——制动转矩τ_b作用于它等于[12]

$T_b=2{\pi }^{2}f{\eta }_{\mathrm{年代}}{d}_h^3$(2)

在哪里d_h是水动力直径和η_年代流体粘度系数。这种情况如图1所示在磁球NP是沉浸在粘性液体。

这两个力矩的操作导致旋转的球形纳米粒子在以下条件满足:T_d>τ_b。当附加条件τ_腐烂>τ_eff履行,那么两个磁化》吗米_年代(奈尔和布朗)参加放热效应τ_腐烂是旋转,τ_eff是有效的放松时间。

在实践中,几个实验的情况下,可以观察到的磁性流体通过选择适当的NPs磁场大小和频率,如:

1)。τ_N>τ_腐烂>τ_B,奈尔机制是消除,

2)。τ_B>τ_腐烂>τ_N布朗,机制是消除,

3)。τ_腐烂>τ_N=τ_B,两个磁化》米_年代平等参加MF供暖。

比较的驱动力矩T_d和制动力矩τ_b,得到的表达式(3)最小磁场强度H:

$H\ge \frac{12\pi f{\eta }_{\mathrm{年代}}}{{米}_{\mathrm{年代}}{\mu }_0罪\theta }{\left(\frac{d_h}{d_{米}}\right)}^3$(3)

需要在NP没有下滑相对于旋转磁场旋转。这个表达式意味着较低的磁场值将被要求如果MF低粘度值和较低的表面活性剂层厚度。

建设和磁回路的参数

为了创建一个说明,作者开发了一种测量系统(图2)组成的两个信用证分支机构的轴在每间隔900度角,和电信号联储900度的相移。系统使用2声道函数生成器SIGLENT技术SDG1025的频率和相位在每个通道独立设置。发生器的信号通道控制电子钥匙。线圈缠绕在铁氧体磁芯Ferroxube I100/25/25和每个分支的电感l= 1.8 mH。HVCA电容器的电容量C= 8 nF和每个分支串联连接。发生在每一个这样的分支的最小阻抗共振频率f= 41.9 kHz。图2 b显示了视图Liebieg冷却器的磁回路,连接到一个温度稳定系统。

在实验中,光纤温度传感器[13]FISO技术公司,FOT-L-SD模型使用温度范围(300−40÷)°C,响应时间比1.5 s,精度0.10°C和解决0.01°C。

树枝上的电压信号有一个矩形,但由于选择性的属性信用证电路,电流流过线圈磁strea(也米_年代)有一个正弦波形,如图3所示。可见的正弦电压波诱导一个打开循环附加伤口铁氧体磁心对应的基本组件分布傅里叶级数。更高的系列的组件是由与LC带通滤波器消除分支。

量热测试的说明了在一个基于变压器油的液体与磁铁矿(Fe₃O₄NPs涂以油酸。磁铁矿颗粒的大小确定使用透射电子显微镜,如图4所示。额外的NPs物理参数和MF总结在表1。

磁化曲线的磁铁矿颗粒体积浓度,ϕ_V= 2.76%。拟合的结果分布的对数正态分布函数描述NPs提供以下尺寸值:平均直径<d> = 11.8 nm和均值标准差<σ> = 5.0海里。考虑到磁场的频率(f= 41.9 kHz)、纳米颗粒大小(τ_米≅11.8海里,d_h≅15.8 nm),载波液体参数(η_年代≅9.7 mNs·m²)和温度(T= 298 k),之间的关系的旋转磁场与磁弛豫时间的实验如下:τ_腐烂>τ_B> >τ_N。

同时》米_年代参与释放热量。然而,主要是奈尔的主导机制:(τ_腐烂= 24µs) > (τ_B= 15µs) > > (τ_N= 10 ns)。

量热实验和分析的结果

电磁加热实验的结果说明了在图5为选定的磁场强度值的幅值。温度依赖性的增加率(dT/ dt)_{t = 0}[10]由公式(4)的函数的振幅磁场强度[14]如图5所示。

${\left(\frac{dT}{dt}\right)}_{t=0}={\left(\frac{H}{\mathrm{一个}}\right)}^n$(4)

在哪里一个= 79495,n= 1.95是参数获得匹配方程(4)实验数据。虚线显示造成的误差范围匹配实验数据的功能。额外的测量误差的原因是相关的热能耗散MF的玻璃小瓶。因为MF的质量小于玻璃小瓶质量,加热效应[9]应当予以纠正T_天哪= 1.72 ?T_经验值。

为了评估MF的加热过程的效率在外部磁场的影响下,具体的损耗功率(方案得到)是由公式[15]:

$\mathrm{年代}lP=c_{\mathrm{年代}}\frac{{米}_{\mathrm{年代}}}{{米}_{NP}}\left(\frac{\Delta T}{\Delta t}\right)$(5)

在哪里c_年代= 1.54 J·g - 1·k - 1级样品的比热容,米_年代= 0.9498 g·厘米³和mNP = 143毫克/毫升分别MF的密度和磁性材料。

在实验的磁场强度H= 4卡·m¹的频率f= 41.9 kHz,方案得到52千瓦·g-1can价值。的依赖性方案得到参数对磁场强度的振幅图6所示。

本文介绍了施工设备的产生说明了基于矩形wavefor的使用米_年代转90度角度和使用高选择性滤波器,消除组件和复制只有基本的正弦分量。

的价值指数n = 2方程(4)表明,释放热能的主要来源是磁弛豫。此外,测试样本与曼氏金融非常小的NPs展品超顺磁性。由于使用小颗粒,磁化后的主要机制奈尔的理论。在未来供暖的研究说明,NPs应该使用更大的尺寸,然后布朗的弛豫时间将可比奈尔的时间。直径(τ_米磁铁矿的核心接近19 nm和相同的其他参数的示例中,两个磁化》米_年代将相等。

目前研究使用spherical-shaped纳米颗粒,但其他类型的纳米管[15]可能会发现一个类似的应用程序。

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