Особливості формування та трансформування кластерів наночастинок Fe$_{3}$O$_{4}$ в магнетній рідині під дією довготривалого імпульсу магнетного поля

С. І. Шулима, Б. М. Танигін, В. Ф. Коваленко, М. В. Петричук

Київський національний університет імені Тараса Шевченка, вул. Володимирська, 64, 01601 Київ, Україна

Отримано: 24.04.2017. Завантажити: PDF

Досліджено особливості оптичного пропускання тонким шаром магнетної рідини (МР) у зовнішньому магнетному полі. Спостережений ефект інверсії напрямку оптичної екстинкції (ІНОЕ) виникає через деякий час після вмикання магнетного поля та його вимикання. Час настання ІНОЕ залежить від величини амплітуди поля та від довжини хвилі $\lambda$ зондувального оптичного випромінення. Існування ІНОЕ пов'язується з динамікою трансформування (утворення або руйнування) кластерів магнетних наночастинок у МР під дією магнетного поля: в момент часу, коли розмір $D$ кластера, утвореного з магнетних наночастинок МР, стає співмірним із довжиною хвилі $\lambda$ ($D_{1}$ = $\alpha\lambda$, де $\alpha$ — деякий безрозмірний коефіцієнт), сумарна дія розсіяння та поглинання оптичного випромінення стає максимальною (момент виникнення ІНОЕ), а потім починає зменшуватися. Обговорення одержаних експериментальних результатів здійснюється на основі запропонованого моделю формування та трансформування кластерів магнетних наночастинок у МР під дією зовнішнього магнетного поля, важливим елементом якої є латеральна аґреґація ланцюжкових кластерів магнетних наночастинок. Проведено аналізу практичної значущости одержаних результатів, наприклад, для відшукання густини кластерів, визначених моделем розмірів і морфології, при створенні нових типів композитних матеріялів тощо.

Ключові слова: магнетна рідина, магнетні наночастинки, кластери, оптичне пропускання, оптична екстинкція.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ua/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


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  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).