RU2541731C2 - Method to determine magnetisation of saturation of magnetic fluid - Google Patents

Method to determine magnetisation of saturation of magnetic fluid Download PDF

Info

Publication number
RU2541731C2
RU2541731C2 RU2013121162/28A RU2013121162A RU2541731C2 RU 2541731 C2 RU2541731 C2 RU 2541731C2 RU 2013121162/28 A RU2013121162/28 A RU 2013121162/28A RU 2013121162 A RU2013121162 A RU 2013121162A RU 2541731 C2 RU2541731 C2 RU 2541731C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetisation
induction
magnetization
fluid
saturation
Prior art date
Application number
RU2013121162/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013121162A (en
Inventor
Александр Иванович Жерновой
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)"
Priority to RU2013121162/28A priority Critical patent/RU2541731C2/en
Publication of RU2013121162A publication Critical patent/RU2013121162A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2541731C2 publication Critical patent/RU2541731C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

FIELD: instrumentation.
SUBSTANCE: use: to determine magnetisation of saturation of a magnetic fluid. The substance of the invention consists in the fact that fluid is placed into the outer magnetic field, induction of which may be varied, they measure intensity H and induction B of the magnetic field inside the fluid, and they determine magnetisation of fluid M=(B/µo)-H, at the same time they determine magnetisation M=M1 at B=B1 at the initial section of the magnetisation curve, where the Curie law is met, they determine magnetisation M=M2 at higher induction B=B2 at the section of the magnetisation curve, where the Curie law is not met, from the equation (M2B1/M1B2)=3La(ξ2)/ξ2 they find the Langevin function La(ξ2), then determine Msat=M2/La(ξ2).
EFFECT: provision of possibility to determine magnetisation of saturation of magnetic fluid by two values of magnetisation in a weak field.
1 dwg

Description

Изобретение предназначается для определения магнитных свойств коллоидных растворов однодоменных ферромагнитных наночастиц (магнитных жидкостей), например для измерения магнитного момента и концентрации наночастиц. А так же для устранения погрешности измерения температуры, вызванной тепловым расширением образца при использовании магнитных жидкостей в качестве термометрических веществ.The invention is intended to determine the magnetic properties of colloidal solutions of single-domain ferromagnetic nanoparticles (magnetic fluids), for example, to measure the magnetic moment and concentration of nanoparticles. And also to eliminate the error of temperature measurement caused by thermal expansion of the sample when using magnetic fluids as thermometric substances.

Известен способ определения намагниченности насыщения магнитной жидкости путем одновременного получения спектров протонов в образце магнитной жидкости и в образце чистого растворителя, помещенных в поле спектрометра ЯМР с индукцией, большей 1 Тл. Максимумы линий ЯМР протонов чистого растворителя и протонов магнитной жидкости получаются при напряженностях магнитного поля развертки спектрометра, сдвинутых относительно друг друга на величину ΔH, которая численно равна намагниченности насыщения Mнас исследуемой магнитной жидкости:A known method for determining the saturation magnetization of a magnetic fluid by simultaneously obtaining spectra of protons in a sample of magnetic fluid and in a sample of pure solvent, placed in the field of an NMR spectrometer with induction greater than 1 T. Maxima lines NMR pure solvent protons and proton magnetic fluid obtained at magnetic field of the spectrometer scanning shifted relative to each other by an amount ΔH, which is numerically equal to the saturation magnetization M of magnetic fluid we investigated:

Mнас=ΔH.M us = ΔH.

(А.И. Жерновой, В.Н. Наумов, Ю.Р. Рудаков. Научное приборостроение, 2009, том 19, №1, с.13-16). (A.I. Zhernova, V.N. Naumov, Yu.R. Rudakov. Scientific Instrumentation, 2009, Volume 19, No. 1, pp. 13-16).

Недостаток способа в том, что для его применения требуется спектрометр ЯМР с магнитным полем более 1 Тл и датчик, содержащий два изолированных образца.The disadvantage of this method is that its application requires an NMR spectrometer with a magnetic field of more than 1 T and a sensor containing two isolated samples.

Известен способ определения намагниченности насыщения магнитной жидкости путем получения ее кривой намагничивания на участке с сильным полем. В этом способе образец исследуемой магнитной жидкости помещают в магнитное поле, индукцию которого Bo меняют от 0,001 до 0,1 Тл, при каждом значении Bo измеряют напряженность H и индукцию B магнитного поля внутри жидкости, определяют намагниченность M=(B/µo-H) и строят зависимость M от µo/B. Точка пересечения полученной прямой с осью ординат определяет намагниченность насыщения Мнас. (А.И. Жерновой, В.Н. Наумов, Ю.Р. Рудаков. Научное приборостроение, 2009, том 19, №3, с.57-61). Недостаток способа в том, что для определения Mнас требуется многократно менять индукцию Bo, многократно измерять напряженность H и индукцию B, многократно определять намагниченность M и строить график ее зависимости от µo/B. Этот способ можно принять за прототип.A known method for determining the saturation magnetization of a magnetic fluid by obtaining its magnetization curve in the area with a strong field. In this method, a sample of the studied magnetic fluid is placed in a magnetic field, the induction of which B o is changed from 0.001 to 0.1 T, for each value of B o the intensity H and the magnetic field induction B are measured inside the liquid, the magnetization M = (B / μ o -H) and plot the dependence of M on µ o / B. The intersection point of the obtained line with the ordinate axis determines the saturation magnetization M us . (A.I. Zhernova, V.N. Naumov, Yu.R. Rudakov. Scientific Instrumentation, 2009, Volume 19, No. 3, pp. 57-61). The disadvantage of this method is that to determine M we need to change the induction B o many times, measure the tension H and the induction B many times, determine the magnetization M many times and plot its dependence on µ o / B. This method can be taken as a prototype.

В предлагаемом способе исследуемую магнитную жидкость помещают во внешнее магнитное поле, индукцию которого Bo можно менять в пределах от 0,001 Тл до 0,025 Тл. Приблизительно устанавливают индукцию Вo1, при которой выполняется закон Кюри, имеющую значение порядка 0,001 Тл, при этой индукции измеряют напряженность H1 и индукцию магнитного поля B1 внутри жидкости, определяют намагниченность M1=(B1/µo-H1). Затем приблизительно устанавливают увеличенную до значения порядка 0,025 Тл индукцию внешнего магнитного поля Bo2, при которой закон Кюри не выполняется, измеряют напряженность H2 и индукцию B2 внутри жидкости, определяют намагниченность M2=(B2/µo-H2) и находят значение параметра α=M2B1/M1B2. При индукции Bo1, когда выполняется закон Кюри, M1=Мнасξ1/3 (ξ1 - аргумент функции Ланжевена при индукции B1), при индукции Bo2, когда закон Кюри не выполняется, M2=МнасLa(ξ2)(La(ξ2) - значение функции Ланжевена при аргументе функции Ланжевена ξ2, соответствующем индукции B2. Подставив эти значения M1 и M2 в выражение для параметра α, с учетом равенства (ξ1B2/B1)=ξ2, получаем α=3La(ξ2)/ξ2. Зависимость функции Ланжевена (кривая La) и параметра α (кривая A) от ξ приведена на графике (рис.1). Пользуясь этим графиком, по найденному значению параметра α можно найти ξ и La(ξ), а затем определить намагниченность насыщения: Mнас=M2/La(ξ). Достоинство предлагаемого способа перед прототипом в том, что для определения намагниченности насыщения вместо многократного измерения намагниченности жидкости в сильном магнитном поле, как предполагается в способе-прототипе, достаточно измерить два значения намагниченности в слабом поле.In the proposed method, the investigated magnetic fluid is placed in an external magnetic field, the induction of which B o can be changed in the range from 0.001 T to 0.025 T. The induction B o1 is approximately set, at which the Curie law is valid, having a value of the order of 0.001 T, with this induction the intensity H 1 and the magnetic field induction B 1 are measured inside the liquid, the magnetization M 1 = (B 1 / µ o -H 1 ) is determined. Then, the induction of an external magnetic field B o2 is increased to a value of the order of 0.025 T, at which the Curie law is not fulfilled, the intensity H 2 and the induction B 2 inside the liquid are measured, the magnetization M 2 = (B 2 / µ o -H 2 ) is determined and find the value of the parameter α = M 2 B 1 / M 1 B 2 . In the induction of B o1 , when the Curie law is satisfied, M 1 = Мнасξ1 / 3 (ξ1 is the argument of the Langevin function in the induction of B 1 ), in the induction of B o2 , when the Curie law is not satisfied, M 2 = МнасLa (ξ 2 ) (La ( ξ 2 ) is the value of the Langevin function with the argument of the Langevin function ξ 2 corresponding to induction B 2. Substituting these values of M 1 and M 2 into the expression for parameter α, taking into account the equality (ξ 1 B 2 / B 1 ) = ξ 2 , we obtain α = 3La (ξ 2) / ξ 2. Langevin function dependence (curve La) and the parameter α (curve A) of ξ is shown in graph (fig.1). Using this schedule, based on the found value of the parameter α can nai and ξ and La (ξ), and then determine the saturation magnetization is:. M us = M 2 / La (ξ) The advantage of the proposed method over the prior art in that in order to determine the saturation magnetization, instead of multiple measurements of fluid magnetization in a strong magnetic field is supposed in the prototype method, it is enough to measure two magnetization values in a weak field.

Пример осуществления способа.An example implementation of the method.

В статье (А.И. Жерновой, В.Н. Наумов, Ю.Р. Рудаков. Научное приборостроение, 2009, том 19, №3, с.57-61) приведена полученная экспериментально кривая намагничивания коллоидного раствора ферромагнитных наночастиц и при помощи описанного в этой статье известного способа, принятого за прототип, по 15 экспериментальным точкам найдена намагниченность насыщения коллоидного раствора Мнас=8100 А/м. Предлагаемый способ позволяет получить намагниченность насыщения по двум экспериментальным точкам кривой намагничивания, приведенной в этой статье. Для экспериментальной точки №4 находим намагниченность M1=1,125 кА/м и напряженность намагничивающего поля Hн1=(B1/µo)=2,8 кА/м. Для экспериментальной точки №15 находим M2=5,3 кА/м, Hн2=(B2/µo)=20 кА/м.The article (A.I. Zhernova, V.N. Naumov, Yu.R. Rudakov. Scientific Instrumentation, 2009, volume 19, No. 3, p. 57-61) shows the experimentally obtained magnetization curve of a colloidal solution of ferromagnetic nanoparticles and using the known method described in this article, adopted as a prototype, the saturation magnetization of the colloidal solution M us = 8100 A / m was found from 15 experimental points The proposed method allows to obtain the saturation magnetization at two experimental points of the magnetization curve given in this article. For experimental point No. 4 we find the magnetization M 1 = 1.125 kA / m and the magnetizing field strength H н1 = (B 1 / µ o ) = 2.8 kA / m. For experimental point No. 15, we find M 2 = 5.3 kA / m, H H2 = (B 2 / µ o ) = 20 kA / m.

Определяем α=(M2B1/M1B2)=(5,3·2,8/1,125·20)=0,66. По таблице для α=0,66 находим ξ=3,1. При этом значении ξ функция Ланжевена La(ξ)=0.68, откуда Мнас=(M2/La(ξ))=(5,3/0,68)≈8000 А/м. В предлагаемом в заявке способе определения намагниченности насыщения используются известные методы измерения напряженности H и индукции магнитного поля B внутри жидкости, а так же метод определения намагниченности по формуле M=(B/µo)-H, которые не отличаются от методов, примененных в цитируемой статье для получения кривой намагничивания, поэтому возможность с их помощью получать достоверные значения B и M сомнений не вызывает.We determine α = (M 2 B 1 / M 1 B 2 ) = (5.3 · 2.8 / 1.125 · 20) = 0.66. According to the table for α = 0.66 we find ξ = 3.1. With this value of ξ, the Langevin function La (ξ) = 0.68, whence M us = (M 2 / La (ξ)) = (5.3 / 0.68) ≈8000 A / m. The method for determining saturation magnetization proposed in the application uses known methods for measuring the intensity H and induction of the magnetic field B inside the liquid, as well as the method for determining magnetization according to the formula M = (B / μ o ) -H, which do not differ from the methods used in the cited article to obtain a magnetization curve, so the possibility of using them to obtain reliable values of B and M is not in doubt.

Практическая значимость предлагаемого способа.The practical significance of the proposed method.

В патенте РФ №2452940,опубликованном 10.06.2012 в бюллетене №19, описан магнитный способ измерения термодинамической температуры с использованием в качестве термометрического вещества магнитной жидкости. В этом способе в образце жидкости, находящемся при температуре тройной точки воды T1, измеряют намагниченность M1 и индукцию внутреннего магнитного поля B1. Определяют константу КюриIn RF patent No. 2452940, published on June 10, 2012 in Bulletin No. 19, a magnetic method for measuring the thermodynamic temperature using a magnetic fluid as a thermometric substance is described. In this method, in a fluid sample at a triple point of water T 1 , the magnetization M 1 and the induction of the internal magnetic field B 1 are measured. The Curie constant is determined

C=M1T1/B1.C = M 1 T 1 / B 1 .

В этом же образце при неизвестной температуре T2 определяют намагниченность M2 и индукцию внутреннего магнитного поля B2. Если бы константа Кюри не зависела от температуры, то температуру T2 можно находить по формуле:In the same sample, at an unknown temperature T 2 , the magnetization M 2 and the induction of the internal magnetic field B 2 are determined. If the Curie constant did not depend on temperature, then the temperature T 2 can be found by the formula:

T2=CB2/M2.T 2 = CB 2 / M 2 .

На самом деле константа Кюри пропорциональна Mнас:C=MнасP/3к, поэтому она уменьшается с ростом температуры из-за расширения жидкости, вызывающего уменьшение Mнас. Это приводит к ошибке измерения температуры T2. Если же вместо C использовать приведенную константу Кюри П=(С/Мнас)=P/3к, которая зависит только от магнитного момента наночастиц P и от постоянной Больцмана к, то этой ошибки не будет. В этом случае, измерив при известной температуре T1 намагниченность M1, индукцию B1 и намагниченность насыщения Мнас1, можно определить приведенную константу Кюри П=M1T1/Mнас1. Затем, измерив при неизвестной температуре T2 намагниченность M2, намагниченность насыщения Мнас2 и индукцию B2, можно определить температуру T2=ПМнас2B2/M2. Для использования при измерении температуры константы П вместо константы C нужно иметь быстрый способ определения Мнас., в качестве которого может быть использован предлагаемый способ определения Мнас. In fact, the Curie constant is proportional to M us : C = M us P / 3k, so it decreases with increasing temperature due to expansion of the liquid, causing a decrease in M us . This leads to a temperature measurement error T 2 . If instead of C we use the reduced Curie constant P = (C / M us ) = P / 3k, which depends only on the magnetic moment of nanoparticles P and on the Boltzmann constant k, then this error will not be. In this case, by measuring at a known temperature T 1 the magnetization M 1 , induction B 1 and saturation magnetization M us1 , we can determine the reduced Curie constant П = M 1 T 1 / M us1 . Then, by measuring at an unknown temperature T 2 the magnetization M 2 , the saturation magnetization M us2 and induction B 2 , we can determine the temperature T 2 = PM us2 B 2 / M 2 . To use the constant P when measuring temperature, instead of the constant C, you need to have a quick way to determine M us. , which can be used as the proposed method for determining M us .

Предлагаемый способ определения Mнас по двум точкам кривой намагничивания может быть применен для контроля свойств магнитных жидкостей при их производстве и применении. При этом кроме намагниченности насыщения можно находить магнитный момент P и концентрацию наночастиц n. Найти P и n можно по формулам P=ξкT/B, n=Mнас/P, определив ξ по значению функций a(ξ) или La(ξ).The proposed method for determining M us from two points of the magnetization curve can be applied to control the properties of magnetic fluids in their production and application. In addition to the saturation magnetization, one can find the magnetic moment P and the concentration of nanoparticles n. P and n can be found by the formulas P = ξкT / B, n = M us / P, defining ξ by the value of the functions a (ξ) or La (ξ).

Claims (1)

Способ определения намагниченности насыщения магнитной жидкости путем помещения жидкости во внешнее магнитное поле, индукцию которого можно менять, измерения напряженности H и индукции B магнитного поля внутри жидкости и определения намагниченности жидкости M=(B/µo)-H, отличающийся тем, что определяют намагниченность M=M1 при B=B1 на начальном участке кривой намагничивания, где выполняется закон Кюри, определяют намагниченность M=M2 при большей индукции B=B2 на участке кривой намагничивания, где закон Кюри не выполняется, из равенства (M2B1/M1B2)=3La(ξ2)/ξ2 находят функцию Ланжевена La(ξ2), затем определяют Mнас=M2/La(ξ2). A method for determining the saturation magnetization of a magnetic fluid by placing the fluid in an external magnetic field, the induction of which can be changed, measuring the intensity H and induction B of the magnetic field inside the fluid and determining the magnetization of the fluid M = (B / μ o ) -H, characterized in that the magnetization is determined M = M 1 with B = B 1 in the initial section of the magnetization curve where the Curie law is fulfilled, determine the magnetization M = M 2 with greater induction B = B 2 in the section of the magnetization curve where the Curie law is not satisfied, from the equation (M 2 B 1 / M 1 B 2 ) = 3La (ξ 2 ) / ξ 2 find the Langevin function La (ξ 2 ), then M us = M 2 / La (ξ 2 ).
RU2013121162/28A 2013-05-07 2013-05-07 Method to determine magnetisation of saturation of magnetic fluid RU2541731C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013121162/28A RU2541731C2 (en) 2013-05-07 2013-05-07 Method to determine magnetisation of saturation of magnetic fluid

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013121162/28A RU2541731C2 (en) 2013-05-07 2013-05-07 Method to determine magnetisation of saturation of magnetic fluid

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013121162A RU2013121162A (en) 2014-11-20
RU2541731C2 true RU2541731C2 (en) 2015-02-20

Family

ID=53289129

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013121162/28A RU2541731C2 (en) 2013-05-07 2013-05-07 Method to determine magnetisation of saturation of magnetic fluid

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2541731C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2647155C2 (en) * 2016-05-11 2018-03-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" Method of measuring magnetic moments of single-domain ferromagnetic nanoparticles

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU918910A1 (en) * 1980-04-02 1982-04-07 Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектный Институт Вторичных Цветных Металлов Method of measuring magnetic fluid magnetic susceptibility
SU1411700A1 (en) * 1986-07-09 1988-07-23 Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектный Институт Вторичных Цветных Металлов Method of checking saturation magnetization of magnetic liquid
JPH0869909A (en) * 1994-08-26 1996-03-12 Nok Corp Manufacture of magnetic fluid
JP2006114751A (en) * 2004-10-15 2006-04-27 Toda Kogyo Corp Magnetic fluid and its manufacturing method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU918910A1 (en) * 1980-04-02 1982-04-07 Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектный Институт Вторичных Цветных Металлов Method of measuring magnetic fluid magnetic susceptibility
SU1411700A1 (en) * 1986-07-09 1988-07-23 Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектный Институт Вторичных Цветных Металлов Method of checking saturation magnetization of magnetic liquid
JPH0869909A (en) * 1994-08-26 1996-03-12 Nok Corp Manufacture of magnetic fluid
JP2006114751A (en) * 2004-10-15 2006-04-27 Toda Kogyo Corp Magnetic fluid and its manufacturing method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
А.И. Жерновой, В.Н. Наумов, Ю.Р. Рудаков, Научное приборостроение, 2009, том 19, N 3, с. 57-61. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2647155C2 (en) * 2016-05-11 2018-03-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" Method of measuring magnetic moments of single-domain ferromagnetic nanoparticles

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013121162A (en) 2014-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Flebus et al. Quantum-impurity relaxometry of magnetization dynamics
Brus Heating of samples induced by fast magic-angle spinning
CN110987224B (en) Based on low field magnetic resonance T2Relaxation magnetic nanoparticle temperature calculation method
Budoyo et al. Electron spin resonance with up to 20 spin sensitivity measured using a superconducting flux qubit
Sauls et al. Magnetization and spin diffusion of liquid He 3 in aerogel
Foner High-Field Antiferromagnetic Resonance in Mn F 2 Using Pulsed Fields and Millimeter Wavelengths
RU2541731C2 (en) Method to determine magnetisation of saturation of magnetic fluid
RU2586392C1 (en) Magnetic method of measuring thermodynamic temperature in power units
Ivanov et al. Bismuth germanate as a perspective material for dielectric resonators in EPR spectroscopy
Pshenichnikov A mutual-inductance bridge for analysis of magnetic fluids
Pavlenko et al. The magnetodielectric effect in Bi 1/2 La 1/2 MnO 3 cramics
RU2526293C1 (en) Differential sensor of permanent magnetic field
Lei et al. A method of measuring micro-displacement based on spin magnetic resonance effect of diamond color center
Sayko et al. Axial quadrupole phase of a uniaxial spin-1 magnet
Desgranges Crystal fields and Kondo effect: New results for the magnetic susceptibility
RU2617723C2 (en) Method for determining magnetization of matter
RU2361195C1 (en) Method of measuring magnetisation of magnetic liquid
Lee et al. Enhanced self-diffusion of adsorbed methanol in silica aerogel
Little et al. Measurement of ion-pairing interactions in buffer solutions with microwave microfluidics
Metselaar et al. The magnetic diagram of state of cobalt bromide hexahydrate
Molchanova et al. High-Resolution Spectroscopy of Low-Temperature Phase Transitions in Copper Metaborate CuB 2 O 4
Tycko Remote sensing of sample temperatures in nuclear magnetic resonance using photoluminescence of semiconductor quantum dots
Tellini et al. Accommodation study via a sensorless measurement technique
RU147272U1 (en) MAGNETO ELECTRIC POWER SENSOR
Greiner et al. Indirect quantum sensors: improving the sensitivity in characterizing very weakly coupled spins

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190508