电场和磁场对含磁化聚集体的磁性胶体磁化率的影响

《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》：Effect of electric and magnetic fields on the magnetic susceptibility of a magnetic colloid containing magnetized aggregates

　　

摘要

本文展示了含磁化聚集体磁胶体在外加电场和磁场作用下的磁化率实验研究结果。磁化率是在 320 Hz 频率下使用电桥法测定的；胶体的结构变化观察和分析是通过光学显微镜进行的。结果表明，在不足以引发电势流动的弱电场作用下，小各向异性聚集体沿电场强度方向优先取向，导致磁化率降低。发现在较强电场作用下，系统结构状态发生显著变化——形成沿测量磁场方向延伸的绳状结构，从而导致磁化率增加。电场进一步增强导致结构形成物破碎成更小的单元，并改变了此类介质磁化率对电场强度和附加磁场强度依赖关系。对获得结果的讨论基于电场和磁场作用下聚集体系统中发生的结构变化。

引言

磁性流体（MF），即与磁场强烈相互作用同时保持液态的铁氧磁性和铁磁材料的超分散胶体，继续吸引着大量关注 [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8]。此类流体的磁学性质已在众多研究中进行过调查（例如 [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17], [18], [19]）。先前的研究表明，此类系统中的磁化过程受各种因素影响。特别是，形成流体的单畴胶体颗粒的内部相互作用 [14], [15], [17] 以及诱发结构变化的外场。在这些外部因素中，电场尤为引人关注，因为它能在初始均匀的磁性流体和已含胶体颗粒聚集体的流体中诱导结构各向异性 [20], [21], [22], [23], [24], [25], [26]。事实上，我们此前已表明，电场能强烈影响均匀磁性流体和含有发达微滴聚集体系统流体的磁化率。此外，电场对基于磁性流体的磁性乳液的磁性质也有类似影响 [27]。

除了微滴聚集体外，磁性流体还可能包含准固态颗粒聚集体，在特定条件下获得自身的磁矩。我们此前在文献 [28], [29], [30], [31] 中研究了含有此类磁化聚集体的磁性流体的磁学性质。本文研究了具有发达磁化聚集体系统的煤油基磁性流体磁化率对外加直流电场强度的依赖关系。此外，还展示了此类胶体在直流电场和直流磁场同时作用下的磁化率研究。

章节摘要

样品

本研究使用的样品是油酸稳定的煤油基磁铁矿磁性流体。此类流体通过凝聚法获得，即从二价和三价铁的盐水溶液中用碱沉淀磁铁矿 [5]。与水性磁胶体相反，此类流体的胶体颗粒不带电荷 [34]，其聚沉稳定性由形成于其表面的油酸分子壳的位阻排斥保证。

实验结果

最初研究了样品磁化率受直流电场影响的依赖关系。研究在无磁场及不同固定直流磁场强度下进行。结果如图 3 所示。

发现直流电场强度从 0 增加到 200 kV/m（图 3，曲线 1）并不改变含磁化聚集体的磁胶体相对磁化率的值

讨论

如上所述，所研究样品的胶体颗粒及其形成的聚集体均不带电荷。因此，颗粒及其聚集体不存在电泳现象。为进一步证实这一点，我们尝试使用一种开发并成功用于研究水性磁性流体中电泳现象的技术来检测它，该类流体颗粒带电 [36]。该技术应用于本研究样品的情况

CRediT 作者贡献声明

Yury I. Dikansky: 撰写 – 审阅与编辑，验证，监督，方法学。Dmitry V. Gladkikh: 撰写 – 初稿，可视化，验证，方法学，研究。Dmitry S. Dorozhko: 研究。Vladimir M. Kozhevnikov: 资源。

伦理批准

本研究未涉及人类和/或动物实验。本稿件中的结果/数据/图表未在其他地方发表，也未在其他出版商处考虑中。所有作者均已阅读并批准最终稿件。

资助

本工作由俄罗斯联邦科学与高等教育部（项目编号 FSRN-2026-0007）资助。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

Yury I. Dikansky|Dmitry V. Gladkikh|Dmitry S. Dorozhko|Vladimir M. Kozhevnikov

北高加索联邦大学，355017 斯塔夫罗波尔，俄罗斯联邦