Theoretical study of the magnetization dynamics of non-dilute ferrofluids
本文从理论上研究了磁偶极相互作用对中等浓度磁流体再磁化动力学的影响。我们考虑一个均匀的（没有颗粒聚集体）铁磁流体由相同的球形颗粒组成，并采用刚性偶极子模型，其中一个粒子的磁矩是固定的相对于粒子本身。特别地，对于外场瞬间关闭后的磁化弛豫，我们证明了磁偶极相互作用导致初始磁化弛豫时间的增加。对于复杂的交流磁化率，我们发现，这种相互作用导致的虚磁化率部分的整体增加，并移动其频率依赖的峰值向低频率。比较我们的分析方法得到的结果（二阶维里展开）数值模拟数据（朗之万动力学方法），我们表明，所采用的维里展开近似给出了铁磁流体磁化动力学的良好定性描述，并提供了一个令人满意的定量协议与数值模拟的直流磁化弛豫-高达粒子体积分数c ~ 10%和交流-敏感性-高达c ~ 5%。
2008-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
A molecular dynamics study on the equilibrium magnetization properties and structure of ferrofluids
利用分子动力学模拟详细研究了不同浓度和不同粒子偶极矩范围内的磁流体的初始磁化率、磁化曲线和微观结构。我们使用Ewald求和的长程偶极相互作用，考虑明确的平移和旋转的自由度，耦合到一个朗之万恒温器。当偶极相互作用能与热能相当时，对磁化特性的模拟结果与理论预测吻合得很好。然而，对于较强的偶极耦合，我们发现系统偏离理论曲线。我们详细分析了在不同条件下观察到的流体的微观结构。团簇的形成被发现在弱磁场下增强磁化强度，从而导致更大的初始磁化率。通过研究铁磁固体，粒子聚集的影响被隔离，铁磁固体由冻结在随机位置但可以自由旋转的磁偶极子组成。由于人工抑制铁磁固体中的团簇，与铁磁流体相比，观察到的磁化率大大降低。
2002-03-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Measuring magnetic moments of polydisperse ferrofluids utilizing the inverse Langevin function
基于逆朗之万函数对悬浮液中磁性粒子的磁化强度曲线进行图形校正，得到磁偶极子强度。该方法产生粒子分布的算术平均值和调和平均值。与将磁化曲线拟合到一些适当的数学模型相比，它具有优势：它不依赖于假设粒子的特定分布函数。
2019-07-24 cond-mat.soft
Dynamical Effective Field Model for Interacting Ferrofluids: I. Derivations for homogeneous, inhomogeneous, and polydisperse cases
最近，我提出了一个非微扰动力学有效场模型（DEFM）来定量描述相互作用的铁磁流体的动力学。它的预测与模拟结果非常吻合。在本文中，我把DEFM坚实的理论基础，推导出它的框架内的动力学密度泛函理论（DDFT），其中相关的一部分诱导自由能近似的函数的瞬时磁化。的DEFM推广到非均匀的有限尺寸的样品的宏观和介观尺度分离是不平凡的，由于存在长程偶极-偶极相互作用。退磁场自然地从微观考虑中出现，并被一致地解释。所得到的介观尺度上的粒子动力学只涉及宏观上的局部量，如局部磁化强度和麦克斯韦场。然而，局部退磁场基本上耦合到远处宏观位置处的磁化。因此，一个两尺度的并行算法，涉及不同的宏观位置之间的信息传输，可以应用于完全解决粒子旋转动力学在一个不均匀的样品。我还推导出多分散铁磁流体的DEFM，其中属于不同物种的粒子的动力学可以强烈地相互耦合。我讨论的基本假设，在获得一个一致的多分散磁化弛豫方程，这是相同的通用形式的单分散铁磁流体。本文的理论进展是重要的定性理解和定量建模的铁磁流体动力学。
2020-11-17 cond-mat.soft
Generic Theory of the Dynamic Magnetic Response of Ferrofluids
磁流体是一类重要的高功能软物质，具有磁性可控的物理特性。因此，定量预测磁流体的动态磁响应具有重要意义。然而，传统的动力学理论，往往局限于近平衡制度和/或仅适用于近理想的铁磁流体是单分散的，足够的稀释，弱相互作用。在本文中，我发展了一个自洽和非微扰的动力学平均场论的典型的铁磁流体，往往是多分散的，集中的，强烈的相互作用，可能驱动远离平衡。我得到一个一般的非微扰的动态磁化率的表达式，定量同意从布朗动力学模拟单和双分散样品的光谱。此外，利用非平衡统计力学中的投影算子技术，推导出单分散和多分散铁磁流体的通用磁化弛豫方程（MRE）。该模型具有简单的封闭形式，与采用何种模型来近似平衡磁化曲线无关。现有的模型可以恢复为我的通用和非微扰MRE的低阶近似。我的理论可以在研究铁磁流体和其他极性流体的动力学中发挥关键作用。它也可能对各种铁磁流体应用产生重大和直接的影响。
2020-11-14 cond-mat.soft
Invalidation of the Kelvin Force in Ferrofluids
直接和明确的实验证据的磁力密度是形式$M\nabla B$在一定的几何形状-而不是开尔文力$M\nabla H$ -是第一次提供。（M是磁化强度，H是磁场，B是磁通密度。）
2000-10-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Convective Instability of Magnetized Ferrofluids: Influence of Magnetophoresis and Soret Effect
本文从理论上研究了在均匀垂直磁场作用下，从下加热或从上加热的铁磁流体层中的对流不稳定性。对流是由基于磁化的温度和浓度依赖性的磁性机制引起的。施加的温度梯度（通过Soret效应）建立了组成铁磁流体的磁性颗粒的浓度梯度。这两种梯度都引起磁化的空间变化，这在流体层内感应出磁场强度的梯度。场梯度又由于磁泳而引起磁性颗粒的额外重新分布。由此产生的自洽的磁力试图混合流体。线性稳定性分析预测了在磁场强度和流体参数的某个区域中的振荡不稳定性。这种不稳定性的起源是磁泳和热泳：如果粒子扩散不起作用，那么只会发生稳态不稳定性。预测对流振荡的发现，预计在约1毫米厚的铁磁流体层，浮力机制是可以忽略不计的，特征扩散时间不是太长。
2001-06-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Phase transitions in a ferrofluid at magnetic field induced microphase separation
在存在垂直于薄样品层施加的磁场的情况下，磁性胶体颗粒（铁磁流体）的悬浮液可以形成具有特征长度的空间调制相，所述特征长度由偶极力和短程力之间的竞争来确定，所述短程力与密度变化相反。我们介绍模型的薄膜铁磁流体中的磁化强度和粒子密度被视为独立变量，其中的非磁性的胶体粒子的性质所描述的晶格气体熵或卡纳汉-斯特林自由能。我们的描述特别适合于在许多实验中研究的低粒子密度区域。在平均场论，我们发现各向同性，六方和条纹相，一般由一阶相界分离。
2001-03-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Multiparticle Collision Dynamics for Ferrofluids
本研究提出一种耦合多粒子碰撞动力学与磁性纳米粒子随机磁化动力学的铁磁流体介观混合模型，经磁粘效应验证，可用于探究磁流体流动及溶剂效应模拟。
2022-04-06 cond-mat.soft
Isotropic to nematic transition in alcohol ferrofluids of barium hexaferrite nanoplatelets
本文通过调控钡铁氧体纳米片铁磁流体中的静电与偶极磁相互作用，系统研究了液态磁体形成的各向同性-向列相转变阈值浓度，并揭示了两种相互作用精细平衡的关键作用。
2024-04-02 cond-mat.soft
Spheroidal and conical shapes of ferrofluid-filled capsules in magnetic fields
本文采用数值和解析相结合的方法研究了在固定体积的均匀磁场中填充铁磁流体的软球弹性胶囊的变形。我们开发了一种基于非线性弹性形状方程的数值迭代求解策略来计算拉伸胶囊的形状数值和耦合的有限元和边界元方法来解决相应的静磁问题，并采用解析线性响应理论，近似能量最小化，细长体理论。所观察到的变形行为定性地类似于均匀磁场中的铁磁流体液滴的变形。均匀的磁场使胶囊伸长，并且在临界场强下发生从球形形状到圆锥形形状的不连续形状过渡。我们研究胶囊弹性如何修改这种滞后形状过渡。我们表明，圆锥形胶囊的形状是可能的，但涉及发散的拉伸因子的提示，这会导致真正的胶囊材料破裂。在一个细长体近似，我们发现，临界磁化率以上的圆锥形状发生的铁磁流体胶囊是相同的液滴。在小的领域胶囊保持球形，我们的特点是变形的球形胶囊的分析和数值。最后，我们确定在磁场中的拉伸过程中是否会发生球状胶囊的扭曲，以及它如何改变拉伸行为。我们发现之间的非平凡的依赖性的程度的褶皱区域和胶囊的伸长率。我们的研究结果可以帮助，以定量确定胶囊或磁流体材料的磁变形实验的性质。所有的结果也适用于弹性胶囊填充的介电液体在外部均匀电场。
2018-04-13 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Strong deformation of ferrofluid-filled elastic alginate capsules in inhomogenous magnetic fields
我们提出了一个新的系统的基础上藻酸盐凝胶的封装的铁磁流体滴，这使我们能够创建毫米大小的弹性胶囊，是高度可变形的不均匀磁场。我们结合实验和理论工作来表征和量化这些充满铁磁流体的胶囊的变形行为。介绍了一种利用海藻酸钠直接包埋非极性液体的新方法。极性醇分子的加入使我们能够将铁磁流体封装为单相。这种封装方法增加了封装的磁性纳米颗粒的量，导致高变形，并提供了胶囊作为致动器，开关或阀门在密闭空间如微流体装置中的可能应用。我们确定两个弹性模量的胶囊壳，杨氏模量和泊松比，通过采用两个独立的机械方法，旋转胶囊测量和胶囊压缩之间的平行板。然后，我们表明，所观察到的磁变形，可以完全理解从磁力施加在胶囊外壳上的磁流体的磁场分布和磁化特性是已知的。使用一个迭代的解决方案，耦合有限元/边界元方法的磁场计算的弹性形状方程的解决方案，我们实现理论和实验之间的定量协议变形胶囊形状使用的杨氏模量从机械表征和表面泊松比作为拟合参数。这种详细的分析证实了从机械表征的结果，即藻酸盐壳的表面泊松比接近于1，即，藻酸盐壳的变形几乎是面积守恒的。
2019-02-25 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Ferrohydrodynamics: testing a new magnetization equation
本文采用新近从不可逆热力学导出的新的磁化强度方程，计算了磁流体在磁场中的粘度增加。的计算结果进行了比较与两个著名的磁化方程的基础上获得的。其中一个是唯象地得到的，另一个是从微观上从福克-普朗克方程得到的。结果表明，新的磁化方程在整个磁场强度和流动涡度范围内对磁粘滞性都有满意的描述。这个方程被证明是有效的-像微观导出的方程，但不像以前的唯象方程-甚至远离平衡，所以它应该被推荐用于进一步的应用。
2001-06-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Magnetic susceptibility, nanorheology, and magnetoviscosity of magnetic nanoparticles in viscoelastic environments
虽然近年来对悬浮在牛顿溶剂（铁磁流体）中的磁性纳米颗粒进行了深入研究，但周围介质的粘弹性对纳米颗粒动力学的影响却知之甚少。在这里，我们研究了一个介观模型的取向动力学孤立的磁性纳米粒子受到外部磁场，粘性和粘弹性摩擦以及相应的随机扭矩。我们解决了弱粘弹性的过阻尼极限模型解析。通过与布朗动力学模拟的比较，我们建立了解析解的有效性限制。我们发现粘弹性不仅使磁化弛豫变慢，虚磁化率$χ''$的峰值向低频移动，磁粘滞性增加，而且导致非指数弛豫和$χ''$的展宽.我们研究的模型还允许测试最近的建议，使用磁化率测量作为纳米流变工具，使用一个变体的德国DiMarzio主教关系。我们发现，本模型和某些参数范围内的磁化率的剪切模量的关系是满意的一个很好的近似。
2018-03-19 cond-mat.soft
Magneto-Permeability Effect in Ferrofluid Flow through Porous Media studied via Multiparticle Collision Dynamics
提出一种耦合多粒子碰撞动力学与布朗动力学的混合方法，模拟磁性纳米颗粒在多孔介质中的流动，揭示了外加磁场导致的磁渗透率效应，并验证了速度分布及过渡行为。
2024-02-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Study of Aqueous Dispersions of Magnetic Nanoparticles by Magnetic and Rheological Measurements
通过铁磁流体的光传输所观察到的磁可调谐性可以有效地理解的颗粒间的相互作用，可以估计从这些流体的磁和流变特性。本研究报告的补充磁性和流变测量的铁氧体纳米粒子和商业铁磁流体的水分散体。在SQUID磁力计中测量的高达1至2特斯拉的场的室温磁化显示出颗粒的超顺磁性行为，并且具有液体的背景信号的分散体显示出抗磁性行为。通过测量粘度作为1-100 s-1剪切速率的函数，研究了流体在零磁场中的室温流变行为。载液的粒度和性质决定了粘度，并且预期对颗粒间相互作用有影响。
2016-02-19 cond-mat.soft
Graphical Magnetogranulometry of EMG909
测量了铁磁流体EMG 909的磁化曲线。它可以用四个朗之万项的叠加来描述。随后通过基于逆朗之万函数的磁化曲线的图形整流来获得该流体中的磁性颗粒的有效偶极强度。该方法产生的磁矩分布函数的算术平均值和调和平均值，以及几何平均值和相对标准偏差的猜测。它的优点是不需要对磁性颗粒的多分散悬浮液的分布函数进行有偏见的猜测。
2020-04-15 cond-mat.soft
