Особенности формирования и трансформирования кластеров наночастиц Fe$_{3}$O$_{4}$ в магнитной жидкости под действием длительного импульса магнитного поля

С. И. Шулыма, Б. Н. Таныгин, В. Ф. Коваленко, М. В. Петричук

Киевский национальный университет имени Тараса Шевченка, ул. Владимирская, 64, 01601 Киев, Украина

Получена: 24.04.2017. Скачать: PDF

Исследованы особенности оптического пропускания тонким слоем магнитной жидкости (МЖ) во внешнем магнитном поле. Наблюдаемый эффект инверсии направления оптической экстинкции (ИНОЭ) возникает через некоторое время после включения магнитного поля и его выключения. Время наступления ИНОЭ зависит от величины амплитуды поля и от длины волны $\lambda$ зондирующего оптического излучения. Существование ИНОЭ связывается с динамикой трансформирования (образования или разрушения) кластеров магнитных наночастиц в МЖ под действием магнитного поля: в момент времени, когда размер $D$ кластера, образованного из магнитных наночастиц МЖ, становится соизмеримым с длиной волны $\lambda$ ($D_{1}$ = $\alpha\lambda$, где $\alpha$ — некоторый безразмерный коэффициент), суммарное действие рассеяния и поглощения оптического излучения становится максимальным (момент возникновения ИНОЭ), а затем начинает уменьшаться. Обсуждение полученных экспериментальных результатов осуществляется на основе предложенной модели формирования и трансформирования кластеров магнитных наночастиц в МЖ под действием внешнего магнитного поля, важным элементом которой является латеральная агрегация цепочечных кластеров магнитных наночастиц. Проведён анализ практической значимости полученных результатов, например, для отыскания плотности кластеров, определённых моделью размеров и морфологии, при создании новых типов композитных материалов и т.п.

Ключевые слова: магнитная жидкость, магнитные наночастицы, кластеры, оптическое пропускание, оптическая экстинкция.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v39/i05/0693.html

PACS: 42.25.Bs, 42.25.Dd, 75.50.Mm, 78.67.Bf, 81.40.Rs, 81.70.Ex, 83.60.Np


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. A. Solanki, J. D. Kim, and K.-B Lee, Nanomedicine, 3: 567 (2008). Crossref
  2. D.-H. Kim, Y. Aguilar, N. Lu, R. Ghaffari, and J. A. Rogers, NPG Asia Materials, 4: 15 (2012). Crossref
  3. T. Chen and L. Dai, J. Mater. Chem. A, 2: 10756 (2014). Crossref
  4. D. Jariwala, V. K. Sangwan, L. J. Lauhon, T. J. Marks, and M. C. Hersam, Chem. Soc. Rev., 42: 2824 (2013). Crossref
  5. J. Peet, A. J. Heeger, and G. C. Bazan, Acc. Chem. Res., 42: 1700 (2009). Crossref
  6. D. Derkacs, W. V. Chen, P. M. Matheu, S. H. Lim, P. K. L. Yu, and E. T. Yu, Appl. Phys. Lett., 93: 091107 (2008). Crossref
  7. J. V. I. Timonen, M. Latikka, L. Leibler, R. H. A. Ras, and O. Ikkala, Science, 341: 253 (2013). Crossref
  8. R. E. Rosensweig, Ferrohydrodynamics (New York: Dover Publication, Inc.: 2013), p.368.
  9. S. Taketomi, H. Takahashi, N. Inaba, and H. Miyajima, J. Phys. Soc. Jpn., 60: 1689 (1991). Crossref
  10. A. Jordan, R. Scholz, P. Wust, H. Fähling, and R. Felix, J. Magn. Magn. Mater., 201: 413 (1999). Crossref
  11. Z. Aguilar, Y. Aguilar, H. Xu, B. Jones, J. Dixon, H. Xu, and A. Wang, ECS Transactions, 33, Iss.8: 69 (2010). Crossref
  12. A. S. Lübbe, C. Bergemann, W. Huhnt, T. Fricke, H. Riess, J. W. Brock, and D. Huhn, Cancer Res., 56: 4694 (1996).
  13. B. Yellen, G. Friedman, and K. Barbee, IEEE Trans. Magn., 40: 2994 (2004). Crossref
  14. K. Shimada, S. Shuchi, H. Kanno, Y. Wu, and S. Kamiyama, J. Magn. Magn. Mater., 289: 9 (2005). Crossref
  15. B. M. Tanygin, V. F. Kovalenko, M. V. Petrychuk, and S. A. Dzyan, J. Magn. Magn. Mater., 324: 4006 (2012). Crossref
  16. S. I. Shulyma, B. M. Tanygin, V. F. Kovalenko, and M. V. Petrychuk, J. Magn. Magn. Mater., 416: 141 (2016). Crossref
  17. B. M. Tanygin, S. I. Shulyma, V. F. Kovalenko, and M. V. Petrychuk, Chinese Physics B, 24, No. 10: 104702 (2015). Crossref
  18. E. A. Peterson and D. A. Krueger, J. Coll. Interf. Sci., 62: 24 (1977). Crossref
  19. K. V. Erin, Zhur. Tekh. Fiziki, 78, No. 4: 133 (2008) (in Russian).
  20. B. Hoffmann and W. Köhler, J. Magn. Magn. Mater., 262: 289 (2003). Crossref
  21. S. Y. Yang, Y. P. Chiu, B. Y. Jeang, H. E. Horng, C.-Y. Hong, and H. C. Yang, Appl. Phys. Lett., 79: 2372 (2001). Crossref
  22. S. Y. Yang, H. E. Horng, Y. T. Shiao, C.-Y. Hong, and H. C. Yang, J. Magn. Magn. Mater., 307: 43 (2006). Crossref
  23. S. Shulyma, B. Tanygin, V. Kovalenko, and M. Petrychuk, J. Nanomater., 2017, Article ID 7251725: 1 (2017). Crossref
  24. V. I. Petrenko, M. V. Avdeev, V. M. Garamus, L. A. Bulavin, V. L. Aksenov, and L. Rosta, Colloids Surf. A, 369: 160 (2010). Crossref
  25. V. I. Petrenko, V. L. Aksenov, M. V. Avdeev, L. A. Bulavin, L. Rosta, L. Vekas, V. M. Garamus, and R. Willumeit, Phys. Solid State, 52: 974 (2010). Crossref
  26. V. I. Drozdova, Physical Properties of Ferrofluid (Sverdlovsk: UNTs AN SSSR: 1983), p. 34 (in Russian).
  27. J.-C. Bacri and D. Salin, J. Phys. Lett., 43: 771 (1982). Crossref
  28. V. V. Gogosov, S. I. Martynov, S. N. Tsurikov, and G. A. Shaposhnikova, Magnetohydrodynamic, 23: 241 (1988).
  29. J. Li, X. Liu, Y. Lin, L. Bai, Q. Li, X. Chen, and A. Wang, Appl. Phys. Lett., 91: 253108 (2007). Crossref
  30. J. Li, X. Liu, Y. Lin, X. Qui, X. Ma, and Y. Huang, J. Phys. D: Appl. Phys., 37: 3357 (2004). Crossref
  31. J. M. Laskar, J. Philip, and B. Raj, Phys. Rev. E, 80: 041401 (2009). Crossref
  32. W. C. Elmore, Phys. Rev., 54: 309 (1938). Crossref
  33. A. O. Ivanov, J. Magn. Magn. Mater., 154: 66 (1996). Crossref
  34. M. Yoon and D. Tománek, J. Phys.: Condens. Matter, 22, No. 45: 455105 (2010). Crossref
  35. A. O. Ivanov, Kolloidnyy Zhurnal, 57, No. 3: 347 (1995) (in Russian).
  36. C. Rablau, P. Vaishnava, C. Sudakar, R. Tackett, G. Lawes, and R. Naik, Phys. Rev. E, 78: 051502 (2008). Crossref
  37. T. C. Hales, arXiv 9811071 (2002), https://arxiv.org/abs/math/9811071v2
  38. C. Song, P. Wang, and H. A. Makse, Nature Lett., 453: 629 (2008). Crossref
  39. C. F. Bohren and D. R. Huffman, Absorption and Scattering of Light by Small Particles (New York: John Wiley & Sons: 1998), p. 544. Crossref
  40. J. D. Mayo, Stabilized Reversible Polymer Composition: U.S. Patent Application 2014/0353549 A1 (Published December 4, 2014).