ПРИМЕНЕНИЕ МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ

Введение 3
1 Техническое применение магнитных жидкостей 4
1.1. Герметизаторы для вращающихся валов 4
1.2 Магнитные жидкости в гидравлических клапанах 5
1.3 Датчик давления 6
1.4. Сепараторы немагнитных материалов 6
1.5. Печатающие аппараты 7
1.6. Очистка воды от нефтепродуктов 8
1.7. Смазка подшипников качения 8
1.8. Опоры 9
1.9. Подшипники 10
1.10. Демпферы 11
1.11. Амортизаторы 12
1.12. Датчик угла наклона 14
1.13. Трансформатор с магнитной жидкостью 15
1.14. Электродинамические громкоговорители 16
2. Использование магнитной жидкости в медицине 17
2.1 Лечение опухолевых заболеваний 17
2.2. Транспортировка препаратов к поражённому органу 19
2.3. Применение магнитной жидкости в качестве рентгеноконтрастного препарата 19
Заключение 20
Список использованной литературы 21

Введение
Более пятидесяти лет назад Рональдом Розенцвейгом были синтезированы коллоидные растворы магнитных материалов. Впоследствии эти растворы получили название «магнитные жидкости (Magneticfluids)». Магнитные жидкости (МЖ) – ультрадисперсные (частицы магнитных коллоидов имеют размер порядка 10 нм.) устойчивые коллоиды ферро- или ферримагнитных однодоменных частиц, диспергированных в различных жидкостях и совершающих интенсивное броуновское движение. В качестве дисперсной фазы используют малые частицы таких металлов как железо, кобальт, никель, гадолиний, их разнообразные ферриты, ферромагнитныеоксиды. Для предотвращения коагуляции коллоидного раствора, которая была бы неизбежной вследствие магнитного диполь-дипольного и ван-дер-ваальсовского взаимодействий и последующего укрупнения частиц, в качестве стабилизаторов применяют поверхностно-активные вещества (ПАВ) типа олеиновой кислоты.
...

1.1. Герметизаторы для вращающихся валов

Использование магнитных жидкостей при герметизации вращающихся валов требует такого их состава, при котором необхо­димо максимально исключить смешение магнитнойжидкости со смазочными материалами, употребляемыми в подшипниках. Одновременно, необходимо максимально обезопасить вал от контакта с водой, поскольку это может привести к коррозии на его поверхности.
Схема магнитожидкостного герметизатора показана на рис. 1. Действие данного устройства основывается на образовании и удержании кольцевого слоя магнитной жидкости на вращающемся валу в зоне сильного магнитного поля, формируемой постоянными магнитами. Продольный перепад удерживаемого давления определяется средней намагниченностью жидкости и напряженностью магнитного поля в межполюсном зазоре. Одна ступень герметизатора способна выдержать перепад давления порядка 0,3—0,5 атм. Для повышения удерживающего давления герметизаторы делаются многоступенчатыми.
...

1.2. Магнитные жидкости в гидравлических клапанах
Магнитные жидкости могут служить для перекрытия канала или регулирования расхода, а так же для перемены направления потока жидкой среды в трубопроводе. На рис.2a. Показана труба, разделённая на два канала, по одному из которых протекает жидкостью. В расширенную часть трубы при помощи внешнего магнита введена и удерживается там магнитная жидкость при помощи магнитного поля. Таким образом, один из каналов закрыт, и жидкость по нему не протекает. Очевидно, что с помощью магнита можно перевести магнитную жидкость в другой канал трубопровода и перекрывать его, освободив первый.

Рис. 2а. Магнитожидкостный двухходовой. 1- шаровидный клапан из магнитной жидкости.

Рис.2б.Магнитожидкостный предохранительный клапан. 1- перекрытая клапаном жидкая среда; 2- магнитная жидкость; 3 -электромагнит.

На рис. 2б. Представлена схема использования магнитной жидкости в качестве предохранительного клапана в трубопроводе.
...

1.4. Сепараторы немагнитных материалов
Явление плавания тяжёлых тел под действием неоднородного магнитного поля, погруженных в магнитную жидкость, позволяет использовать магнитные жидкости в устройствах для сепарации немагнитных материалов. Неоднородное магнитное поле приводит к уплотнению магнитной жидкости, вследствие чего всплывают немагнитные частицы высокой плотности. Поскольку неоднородность магнитного поля легко изменять, то можно заставить плавать частицы интересующей нас плотности. Этот принцип лежит в основе создания технологии магнитной сепарации руд по плотностям. Смесь частиц различной плотности падает на слой магнитной жидкости, находящейся между полюсами электромагнита. Ток в электромагните можно задать так, чтобы лёгкие частицы смеси всплывали в магнитной жидкости, а тяжёлые — тонули.
...

1.7. Смазка подшипников качения
Основное преимущество магнитной жидкости как смазки состоит в возможности доставки смазывающей среды непосредственно в зону трения и удержания её в этой зоне с помощью магнитного поля. Для реализации этой возможности необходима соответствующая конкретной конструкции организация магнитной системы.
Удержание тонкого слоя на поверхности быстро вращающего тела качения требует использования для изготовления тел качения магнитотвердых материалов с высокой остаточной намагниченностью. Но такие материалы очень хрупки и не пригодны для использования тел качения. Эту проблему можно решить, используя магнитные системы, подобные тем, которые применяют в магнитожидкостных уплотнителях. Магнитная жидкость при этом заполняет подшипник качения, а внешняя магнитная система герметизирует его.
...

1.9. Подшипники
Принцип магнитожидкостной опоры может быть применен для создания подшипников. При этом вал, взвешенный в магнитной жидкости, будет вращаться почти без трения, особенно при малых скоростях. Конструктивно магнитожидкостный подшипник выполняется в виде кольцевой магнитной системы, охватывающей вал, а зазор между ними заполнен магнитной жидкостью. Но если в магнитожидкостных уплотнителях магнитное поле концентрировалось в малой области, то в подшипнике требуется совсем другая организация магнитной системы — магнитное поле должно быть достаточно большим на всей площади опоры, так как с ростом величины поля и площади опоры несущая способность подшипника возрастает. При этом требуется такая организация магнитного поля, которая обеспечивает максимально быстрое его уменьшение в радиальном направлении. Тогда при смещении вала от концентричного положения, в котором несущая способность подшипника равна нулю, поле на одной его стороне будет увеличиваться, а на другой— уменьшаться.
...

1.10. Демпферы
Широко известно применение гидравлических демпферов для гашения колебаний или торможения движения за счёт вязкой диссипации. При использовании в качестве диссипативной среды магнитных жидкостей такие демпферы могут, как найти новые области применения, так и существенно улучшить характеристики традиционных конструкций. Хотя вязкость магнитных жидкостей мало изменяется в магнитном поле (на 20—40%) и этот эффект слабо влияет на характеристики демпфирования движения, конструкции магнитожидкостных демпферов могут эффективно использовать тот же эффект, который используется в опорах и подшипниках - модификацию выталкивающей силы.
В ряде конструкций для демпфирования используется жидкость, заполняющая узкий зазор между двумя поверхностями, одна из которых связана с источником движения. При этом важным моментом является гарантированность существования зазора, а так же исключение касания поверхностей и их заклинивания.
...

1.11. Амортизаторы
Одной из разновидностей демпферов являются амортизаторы, назначение которых более широкое — они одновременно гасят движение и несут полезную нагрузку, т. е. объединяют функции демпфера и опоры. Возможны различные способы создания опор с использованием магнитных жидкостей и различные способы демпфирования. За счёт их комбинации возможны многочисленные варианты магнитожидкостных амортизаторов.
Известна, например, одна из первых конструкций пневматических опор с использованием магнитных жидкостей (рис. 9а).

Рис. 9а. Пневматическая опора с использованием магнитной жидкости:
1 — магнитный корпус, несущий нагрузку; 2 —постоянный кольцевой магнит; 3 — магнитная жидкость; 4 — немагнитная платформа; 5 — газовая полость повышенного давления.

Опора работает следующим образом: при повышении нагрузки на несущий корпус давление газа в полости возрастает.
...

1.12. Датчик угла наклона
Принцип действия устройств такого рода показан на рис 10. В U-образной трубке находится магнитная жидкость. На одном колене трубки имеются первичная и вторичная обмотки, образующие дифференциальный трансформатор. Когда по первичной обмотке проходит переменный ток, во вторичной обмотке индуцируется переменное напряжение. Уровень магнитной жидкости достигает примерно половины высоты обмотки трансформатора. Очевидно, что напряжение, индуцируемое во вторичной обмотке, зависит от взаимной индукции первичной и вторичной катушек: чем больше коэффициент взаимной индукции, тем выше напряжение.
Когда контролируемая поверхность расположена горизонтально (рис.10а.), уровни магнитной жидкости на обоих коленах трубки одинаковы. Как только поверхность приобретает наклон (рис.10б.
...

1.13. Трансформатор с магнитной жидкостью
Одним из основных элементов системы электроснабжения является силовой трёхфазный трансформатор, состоящий из Ш-образного магнитопровода, первичной и вторичной обмоток. Недостатком этого устройства является невозможность автоматического плавного регулирования и поддержания напряжения на вторичных обмотках, что ограничивает возможности трансформатора.
Для исключения недостатков классического трансформатора предлагается снабдить его ёмкостью с магнитной жидкостью, стержни магнитопровода трансформатора выполнить полыми и соединить при помощи трубопровода через гидронасос с ёмкостью. Гидронасос управляется реверсивным выключателем, регулируемым устройством сравнения. В стенке магнитопровода на уровне верхней кромки полости выполнены отверстия для сообщения с атмосферой. Это позволяет перекачивать магнитную жидкость из ёмкости в полости и обратно и тем самым изменять уровень магнитной жидкости во внутренних полостях магнитопровода.
...

1.14. Электродинамические громкоговорители
Множество положительных эффектов возникает при использовании магнитных жидкостей в электродинамических громкоговорителей. Жидкость при этом заполняет магнитный зазор, в котором размещена катушка акустического элемента. Так как магнитное поле в зазоре достигает индукции ~15—20 кГс, жидкость в нем надёжно удерживается даже при больших амплитудах колебаний акустического элемента. За счёт сил магнитной левитации обеспечивается центровка катушки в зазоре. Кроме того, демпфирующее действие вязкости магнитной жидкости способствует подавлению основного и дополнительных пиков резонанса, а также снижает фазовые искажения сигнала. Так же магнитная жидкость заметно сокращает время релаксации переходных процессов и снижает искажения сигнала при ударном возбуждении. Все это заметно повышает качество воспроизводимого звука.

Рис. 12. Конструкция громкоговорителя с магнитной жидкостью.
...

2.1. Лечение опухолевых заболеваний
Магнитные наночастицы имеют возможность генерации большого количества тепла при помещении в переменном магнитном поле. При введении в опухоль, они имеют потенциал, чтобы сделать их более восприимчивыми к будущей лучевой терапии и могут даже уничтожить их полностью. Предлагаемый способ этой терапии заключается в следующем. Частицы доставляются в опухоль крови транспорта. Затем пациента сканируют на МРТ, для подтверждения достаточного количества частиц в пораженном Далее следует краткое время воздействия (30-60 минут) переменного магнитного поля, в результате температура магнитной жидкости поднимается до 42°С и выше, т.к. раковые клетки гибнут при температуре, близкой к 42°С. Для того чтобы сделать это возможным для лечения рака, наночастицы должны обладать подходящей биологической совместимостью с организмом. Наиболее эффективными являются магнитные жидкости, в качестве дисперсной фазы которых используется магнетит.
...

1. Фертман В.Е. Магнитные жидкости: Справ. Пособие.- Мн.: Высш. Шк., 1988. – 184.: ил.
2. Блум Э.Я., Майоров М.М., Цеберс А.О. Магнитные жидкости. Рига: Зинатне, 1989. 66 c.
3. Магнитные жидкости/ Б.М. Берковский, В.Ф. Медведев, М.С. Краков. – М.: Химия, 1989. 240 с.
4. Такетоми С., Такадзуми С. Магнитные жидкости: Пер. с японск. – М.: Мир, 1993. 272 с. ил.
5. Патент 2306627 РФ, МПК H01F 29/10 H01F 21/08 H01F 3/08. Ханевич С.В., Гнатюк В.И., Луценко Д.В., Шейнин А.А., Ханевич В.С.(РФ). -№ 2005141011/09; Заявлено27.12.2005.; Опубл. 20.09.2007.; Бюл. № 26.
6. R. Hergt, R. Hiergeist, I. Hilger, and W. Kaiser. Magnetic Nanoparticles for Thermoablation. Recent Research Developments in Materials Science, Transworld Research Network, 2002.
7. I. Baker Synthesis and Magnetic Heating of Iron Core/Iron Oxide Shell Nanoparticles. Research Experience for Undergraduates 2007
Center for Nanomaterials Research at Dartmouth.