Дослідження статичного зсувного напруження в суспензії Co0,2Ni0,8Fe2O4 наночастинок у кунжутній олії
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe68.6.412Ключові слова:
Co0.2Ni0.8Fe2O4, магнiтореологiчна рiдина, магнiтнi властивостi, статичне зсувне напруження, межа плинностi, спричинене зсувом розрiдженняАнотація
Магнiтнi феритнi наночастинки Co0,2Ni0,8Fe2O4 iз структурою шпiнелi використано як наповнювач у кунжутнiй олiї для створення магнiтнореологiчної рiдини. Для отримання наночастинок використовується гiдротермальний метод. Рентґенiвський дифракцiйний аналiз використовується для тестування кристалiчної фази, а трансмiсiйна електронна мiкроскопiя застосовується для визначення розмiру та форми частинок. Середнiй розмiр частинок становить близько 18 нм. Магнiтнi властивостi визначаються шляхом вимiрювання петлi гiстерезису за допомогою технiки надпровiдного квантового iнтерференцiйного пристрою. Показано, що в’язкiсть та зсувне напруження зале-жать вiд швидкостi зсуву. Поведiнка в’язкостi свiдчить про наявнiсть зсувного розрiдження, що залежить вiд швидкостi зсуву. В’язкiсть зростає з магнiтним полем. Зсувне напруження зростає зi швидкiстю зсуву i добре узгоджується з моделлю Бiнґема, а не з моделлю Гершеля–Балклi. Спостерiгається високе значення статичного зсувного напруження для низьких швидкостей зсуву, яке зростає з магнiтним полем. Межа плинностi зростає лiнiйно з напруженiстю магнiтного поля.
Посилання
T.Ramakrishnan, S.S. Kumar, S.J. S.Chelladurai, S. Gnanasekaran, S. Sivananthan, N.K. Geetha, R. Arthanari, G.B. Assefa. Recent developments in stimuli responsive smart materials and applications: An overview. J. Nanomaterials 2022 (Hindawi Limited, 2022).
https://doi.org/10.1155/2022/4031059
M. Dassisti, G. Brunetti, Magnetorheological fluid applications. Encyclopedia of Smart Materials 5, 260 (2022).
https://doi.org/10.1016/B978-0-12-815732-9.00038-3
M. Molazemi, H. Shokrollahi, B. Hashemi. The investigation of the compression and tension behavior of the cobalt ferrite magnetorheological fluids synthesized by coprecipitation. J. Magnetism and Magnetic Materials 346, 107 (2013).
https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2013.06.053
A.G. Olabi, A. Grunwald. Design and application of magneto-rheological fluid. Materials & Design 28 (10), 2658 (2007).
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2006.10.009
D.X. Phu, S.-B. Choi. Magnetorheological fluid based devices reported in 2013-2018: Mini-review and comment on structural configurations. Frontiers in Materials 6, 1 (2019).
https://doi.org/10.3389/fmats.2019.00019
J.S. Kumar, P.S. Paul, G. Raghunathan, D.G. Alex. A review of challenges and solutions in the preparation and use of magnetorheological fluids. Intern. J. Mechanical and Materials Engineering 14 (1), 13 (2019).
https://doi.org/10.1186/s40712-019-0109-2
X. De-kui, N. Song-lin, J. Hui, Y. Fang-long. Characteristics, optimal design, and performance analyses of MRF damper. Shock and Vibration 2018, 17 (2018).
https://doi.org/10.1155/2018/6454932
M.N. Wall. Understanding Shear Thinning Using Brownian Dynamics Simulation. B.Sc. Thesis (University of Tennessee at Chattanooga, 2021).
P. Vergne. 23 - Super Low Traction under EHD & Mixed Lubrication Regimes. Ed. by A. Erdemir, J.-M. Martin (Elsevier, 2007).
https://doi.org/10.1016/B978-044452772-1/50054-8
I. Lee, K. Park, J. Lee. Note: Precision viscosity measurement using suspended microchannel resonators. Rev. Sci. Instruments 83 (11), 116106 (2012).
https://doi.org/10.1063/1.4768245
I. Lee, J. Lee. Quality factor and vibration amplitude based viscosity measurements using suspended microchannel resonators. Sensors 1-4, IEEE, Taipei, Taiwan (2012).
N. Izumo, A. Koiwai, D. Division. Technological background and latest market requirements concerning "Static Viscosity" measurement with a tuning-fork vibration viscometer. In: Proceeding of Asia-Pacific Symposium on Measurementt of Mass, Force, and Tourqe (APMF 2009), June, 1-4, Tokyo, Japan (2009).
K. Shah, S.B. Choi. The influence of particle size on the rheological properties of plate-like iron particle based magnetorheological fluids. Smart Materials and Structures, 24 (1), 015004 (2015).
https://doi.org/10.1088/0964-1726/24/1/015004
R. Chen, M.G. Christiansen, P. Anikeeva. Maximizing hysteretic losses in magnetic ferrite nanoparticles via modeldriven synthesis and materials optimization. ACS Nano, 7 (10), 8990 (2013).
https://doi.org/10.1021/nn4035266
J.R. Morillas, J. de Vicente. Magnetorheology: A review. Soft Matter, 16 (42), 9614 (2020).
https://doi.org/10.1039/D0SM01082K
S.E. Premalatha, R. Chokkalingam, M. Mahendran. Magneto mechanical properties of iron based MR fluids. American J. Polymer Sci. 2 (4), 50 (2012).
https://doi.org/10.5923/j.ajps.20120204.01
P. Yagnasri, N. Seetharamaiah, U.S. Pantangi. Experimental investigation of nickel ferrite (NiFe2O4)-based nanomagnetorheological fluid characteristics using MR damper under triangular displacement excitation. J. Vibration Engineering & Technologies 10 (7), 2823 (2022).
https://doi.org/10.1007/s42417-022-00522-y
S.M.A. Tarmizi, N.A. Nordin, S.A. Mazlan, N. Mohamad, H.A. Rahman, S.A.A. Aziz, N. Nazmi, M.A. Azmi. Incorporation of cobalt ferrite on the field dependent performances of magnetorheological grease. J. Mater. Res. Technol. 9 (6), 15566 (2020).
https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.11.028
M.M. Mubasher. Nanocomposites of multi-walled carbon nanotubes/cobalt ferrite nanoparticles: synthesis, structural, dielectric and impedance spectroscopy. J. Alloys and Compounds 866, 158750 (2021).
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.158750
R.S. Puche, M.J.T. Fern'andez, V.B. Guti'errez, R. G'omez, V. Marquina, M.L. Marquina, J.L.P. Mazariego, R. Ridaura. Ferrites nanoparticles MFe2O4 (M = Ni and Zn): hydrothermal synthesis and magnetic properties. Bolet'ın de La Sociedad Espa˜nola de Cer'amica y Vidrio 47 (3), 133 (2008).
https://doi.org/10.3989/cyv.2008.v47.i3.189
A. Aimable, B. Xin, N. Millot, D. Aymes. Continuous hydrothermal synthesis of nanometric BaZrO3 in supercritical water. J. Solid State Chem. 181 (1), 183 (2008).
https://doi.org/10.1016/j.jssc.2007.11.015
P. Puliˇsov'a, J. Kov'aˇc, A. Voigt, P. Raschman. Structure and magnetic properties of Co and Ni nano-ferrites prepared by a two step direct microemulsions synthesis. J. Magnetism and Magnetic Materials 341, 93 (2013).
https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2013.04.003
S. Verma, P.A. Joy. Magnetic properties of superparamagnetic lithium ferrite nanoparticles. J. Appl. Phys. 98 (12), 124312 (2005).
https://doi.org/10.1063/1.2149493
J.H. Lee, C.K. Kim, S. Katoh, R. Murakami. Microwavehydrothermal versus conventional hydrothermal preparation of Ni- and Zn-ferrite powders. J. Alloys and Compounds 325 (1-2), 276 (2001).
https://doi.org/10.1016/S0925-8388(01)01375-5
S.H. Lafta. Preparing Painting Material from Li-Ni Ferrite with Isovalent Substitution. PhD Thesis (Al-Nahrain University, 2016)
S.H. Lafta. Impact of Ni2+ content on broadband ferromagnetic resonance of superparamagnetic Ni ferrite (Having Fe2+)-epoxy composite. IEEE Transactions on Magnetics 54 (9), 1 (2018).
https://doi.org/10.1109/TMAG.2018.2839731
W.M. Desoky, J. Gutierrez, M.S. ElBana, T.A. Elmoslami. Exploring the impact of nickel doping on the structure and lowtemperature magnetic features of cobalt nanospinel ferrite. Appl. Phys. A 128, 846 (2022).
https://doi.org/10.1007/s00339-022-05977-0
L.H. Abdel-Mohsen, S.H. Lafta, M.Sh. Hashim. Magnetic properties of Ba ferrite substituted by low fraction of Ni cations. Kuwait J. Sci. 50 3A, 1 (2023).
https://doi.org/10.48129/kjs.20239
S.N. Dipali, V.J. Swati, Vi.M. Khot, R.A. Bohara, C.K. Hong, S.S. Mali, S.H. Pawar. Cation distribution, structural, morphological and magnetic properties of Co1−xZnxFe2O4 (x = 0-1) nanoparticles. RSC Adv. 5, 2338 (2015).
https://doi.org/10.1039/C4RA08342C
V.A. Bharati, S.R. Patade, S. Bajaj, R. Parlikar, A.P. Keche, V.V. Sondur. Structural and magnetic properties of nickel ferrite nanoparticles prepared by solution combustion method. J. Phys.: Conference Series 1644 (1), 012005 (2020).
https://doi.org/10.1088/1742-6596/1644/1/012005
A. Seeger. The effect of dislocation on the magnetization curves of ferromagnetic crystals. J. Phys. Colloques 27, 68 (1966).
https://doi.org/10.1051/jphyscol:1966308
C. Dong, G. Wang, D. Guo, C. Jiang, D. Xue. Growth, structure, morphology, and magnetic properties of Ni ferrite films. Nanoscale Res. Lett. 8 (1), 196 (2013).
https://doi.org/10.1186/1556-276X-8-196
A. Kumar, N. Yadav, D.S. Rana, P. Kumar, M. Arora, R.P. Pant. Structural and magnetic studies of the nickel doped CoFe2O4 ferrite nanoparticles synthesized by the chemical co-precipitation method. J. Magnetism and Magnetic Materials 394, 379 (2015).
https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2015.06.087
S. Balideh, A. Aavazpour, G. Rezaei, A. Nikzad. Structural and magnetic properties of spinel nickel-cobalt ferrite nanoparticles substituted by dysprosium cation synthesized by hydrothermal method. Acta Physica Polonica A 140 (1), 14 (2021).
https://doi.org/10.12693/APhysPolA.140.14
M .Kishimoto, H. Latiff, E. Kita, H. Yanagihara. Structure and magnetic properties of Co-Ni spinel ferrite particles synthesized via co-precipitation and hydrothermal treatment at different temperatures. Materials Transactions 60 (4), 485 (2019).
https://doi.org/10.2320/matertrans.M2018347
F. Alahmari, M.A. Almessiere, Y. Slimani, H. G¨ung¨une¸s, S.E. Shirsath, S. Akhtar, M. Jaremko, A. Baykal. Synthesis and characterization of electrospun Ni0.5Co0.5−xCdxNd0.02Fe1.78O4 nanofibers, NanoStructures & Nano-Objects 24, 100542 (2020).
M. George, A.M. John, S.S. Nair, P.A. Joy, M.R. Anantharaman. Finite size effects on the structural and magnetic properties of sol-gel synthesized NiFe2O4 powders. J. Magnetism and Magnetic Materials 302 (1), 190 (2006).
https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2005.08.029
V.K. Chakradhary, A. Ansari, M.J. Akhtar. Design, synthesis, and testing of high coercivity cobalt doped nickel ferrite nanoparticles for magnetic applications. J. Magnetism and Magnetic Materials 469, 674 (2019).
https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2018.09.021
K.S. Rao, S.V.R. Nayakulu, M.C. Varma, G.S.V.R.K. Choudary, K.H. Rao. Controlled phase evolution and the occurrence of single domain CoFe2O4 nanoparticles synthesized by PVA assisted sol-gel method. J. Magnetism and Magnetic Materials 451, 602 (2018).
https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2017.11.069
V.H. Ojha, K.M. Kant. Temperature dependent magnetic properties of superparamagnetic CoFe2O4 nanoparticles. Physica B: Condensed Matter, 567, 87 (2019).
https://doi.org/10.1016/j.physb.2019.04.035
A. Zubair, Z. Ahmad, A. Mahmood, W.C. Cheong, I. Ali, M.A. Khan, A.H. Chughtai, M.N. Ashiq. Structural, morphological and magnetic properties of Eu-doped CoFe2O4 nano-ferrites. Results in Physics 7, 3203 (2017).
https://doi.org/10.1016/j.rinp.2017.08.035
T. Dippong, E.A. Levei, I.G. Deac, I. Petean, O. Cadar. Dependence of structural, morphological and magnetic properties of manganese ferrite on Ni-Mn substitution. Intern. J. Molecular Sci. 23 (6), 3097 (2022).
https://doi.org/10.3390/ijms23063097
H .Jalili, B. Aslibeiki, A.G. Varzaneh, V.A. Chernenko. The effect of magneto-crystalline anisotropy on the properties of hard and soft magnetic ferrite nanoparticles. Beilstein J. of Nanotechnology 10, 1348 (2019).
https://doi.org/10.3762/bjnano.10.133
E.K. Al-Shakarchi, S.H. Lafta, A.M. Musa, M. Farle, R. Salikov. Effect of Ni content on structural and magnetic properties of Li-Ni ferrites nanostructure prepared by hydrothermal method. J. Superconductivity and Novel Magnetism 29 (4), 923 (2016).
https://doi.org/10.1007/s10948-015-3334-9
M.C. Varma, G. Choudary, A.M. Kumar, K.H. Rao. Estimating the cation distributions in Ni0.65Zn0.35CoxFe2O4 ferrites using X-ray, FT-IR, and magnetization measurements. Phys. Res. Intern. 2014, 1 (2014).
https://doi.org/10.1155/2014/579745
S.H. Lafta. Hydrothermal temperature influence on magnetic and FMR properties of hematite nanoparticles. Surface Rev. Lett. 29 (07), (2022).
https://doi.org/10.1142/S0218625X22500962
M. Zhang, Q. Liu. Solvothermal synthesis and magnetic properties of monodisperse Ni0.5Zn0.5Fe2O4 hollow nanospheres. High Temperature Materials and Processes 38 (2019), 76 (2019).
https://doi.org/10.1515/htmp-2017-0101
D .Z'akutn'a, D. Niˇzˇnansk'y, L.C. Barnsley, E. Babcock, Z. Salhi, A. Feoktystov, D. Honecker, S. Disch. Field dependence of magnetic disorder in nanoparticles. Phys. Rev. X 10 (3), 031019 (2020).
https://doi.org/10.1103/PhysRevX.10.031019
C.R. Stein, M.T.S. Bezerra, G.H.A. Holanda, J. Andr'eFilho, P.C. Morais. Structural and magnetic properties of cobalt ferrite nanoparticles synthesized by co-precipitation at increasing temperatures. AIP Advances 8 (5), 056303 (2018).
https://doi.org/10.1063/1.5006321
Z. Laherisheth, K. Parekh, R.V. Upadhyay. The effect of magnetic field on the structure formation in an oil-based magnetic fluid with multicore iron oxide nanoparticles. J. Nanofluids 7 (2), 292 (2018).
https://doi.org/10.1166/jon.2018.1457
A. Kolhatkar, A. Jamison, D. Litvinov, R. Willson, T. Lee. Tuning the magnetic properties of nanoparticles. Intern. J. Mol. Sci. 14 (8), 15977 (2013).
https://doi.org/10.3390/ijms140815977
J.L. Ortiz-Qui˜nonez, U. Pal, M.S. Villanueva. Structural, magnetic, and catalytic evaluation of spinel Co, Ni, and Co-Ni ferrite nanoparticles fabricated by low-temperature solution combustion process. ACS Omega 3 (11), 14986 (2018).
https://doi.org/10.1021/acsomega.8b02229
A. Druc, A. Dumitrescu, A. Borhan, V. Nica, A. Iordan, M. Palamaru. Optimization of synthesis conditions and the study of magnetic and dielectric properties for MgFe2O4 ferrite. Open Chemistry 11 (8), 1330 (2013).
https://doi.org/10.2478/s11532-013-0260-1
M. Kub'ık, J.V'alek, J. Z'aˇcek, F. Jeniˇs, D. Borin, Z. Strecker, I. Maz˚urek. Transient response of magnetorheological fluid on rapid change of magnetic field in shear mode. Sci. Rep. 12 (1), 10612 (2022).
https://doi.org/10.1038/s41598-022-14718-5
N.V. Quoc, L.D. Tuan, L.D. Hiep, H.N. Quoc, S.B. Choi. Material characterization of MR fluid on performance of MRF based brake. Frontiers in Materials 6, 1 (2019).
https://doi.org/10.3389/fmats.2019.00125
J. Liu, X. Wang, X. Tang, R. Hong, Y. Wang, W. Feng. Preparation and characterization of carbonyl iron/strontium hexaferrite magnetorheological fluids. Particuology 22, 134 (2015).
https://doi.org/10.1016/j.partic.2014.04.021
G. Schramm. A practical approach to rheology and rheometry 2nd Edition, Thermo Electron (Karlsruhe) GmbH, Germany, (2004).
D. Utami, S.U. Mazlan, F. Imaduddin, N. Nordin, I. Bahiuddin, S. Abdul Aziz, N. Mohamad, S.-B Choi. Material characterization of a magnetorheological fluid subjected to long-term operation in damper. Materials, 11 (11), 2195 (2018).
https://doi.org/10.3390/ma11112195
L. Pei, H. Pang, X. Ruan, X. Gong, S. Xuan. Magnetorheology of a magnetic fluid based on Fe3O4 immobilized SiO2 core-shell nanospheres: Experiments and molecular dynamics simulations. RSC Advances 7 (14), 8142 (2017).
https://doi.org/10.1039/C6RA28436A
V. Chauhan, A. Kumar, N.A. Bhalla, M. Danish, V. Ranjan. Numerical study of shear thickening fluid with distinct particles dispersed in carrier fluid. Vibroengineering PROCEDIA, 21, 242 (2018).
https://doi.org/10.21595/vp.2018.20397
M. Wei, K. Lin, L. Sun. Shear thickening fluids and their applications. Materials & Design 216, 110570 (2022).
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.110570
G.R. Peng, W. Li, T.F. Tian, J. Ding, M. Nakano. Experimental and modeling study of viscoelastic behaviors of magneto-rheological shear thickening fluids. KoreaAustralia Rheology J. 26 (2), 149 (2014).
https://doi.org/10.1007/s13367-014-0015-3
V. Sokolovski, T. Tian, J. Ding, W. Li. Fabrication and characterisation of magnetorheological shear thickening fluids. Frontiers in Materials 7 (2020).
https://doi.org/10.3389/fmats.2020.595100
C. Liu, J. Xie, D.Cai. Analysis and experimental study on rheological performances of magnetorheological fluids. Mechanics 26 (1), 31 (2020).
https://doi.org/10.5755/j01.mech.26.1.25244
R. Ahamed, M.M. Ferdaus, Y. Li. Advancement in energy harvesting magneto-rheological fluid damper: A review. Korea-Australia Rheology J. 28 (4), 355 (2016).
https://doi.org/10.1007/s13367-016-0035-2
M. Zubieta, S. Eceolaza, M.J. Elejabarrieta, M.M. Bou-Ali. Magnetorheological fluids: characteriztion and modeling of magnetization. Smart Materials and Structures 18 (9), 095019 (2009).
https://doi.org/10.1088/0964-1726/18/9/095019
N.M. Wereley, A. Chaudhuri, J.H. Yoo, S. John, S. Kotha, A. Suggs, R. Radhakrishnan, B.J. Love, T.S. Sudarshan. Bidisperse magnetorheological fluids using Fe particles at nanometer and micron scale. J. Intelligent Material Systems and Structures 17 (5), 393 (2006).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
