RU2617723C2 - Method for determining magnetization of matter - Google Patents

Method for determining magnetization of matter Download PDF

Info

Publication number
RU2617723C2
RU2617723C2 RU2015142778A RU2015142778A RU2617723C2 RU 2617723 C2 RU2617723 C2 RU 2617723C2 RU 2015142778 A RU2015142778 A RU 2015142778A RU 2015142778 A RU2015142778 A RU 2015142778A RU 2617723 C2 RU2617723 C2 RU 2617723C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetization
sample
magnetic field
induction
substance
Prior art date
Application number
RU2015142778A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015142778A (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 RU2015142778A priority Critical patent/RU2617723C2/en
Publication of RU2015142778A publication Critical patent/RU2015142778A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2617723C2 publication Critical patent/RU2617723C2/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N24/00—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects
    • G01N24/08—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects by using nuclear magnetic resonance

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: implementation of a method for determining the magnetization of the substance pattern of regular geometric shape is placed in a magnetic field measured by induction in the sample at the point where the normal of the sample surface induction line H tension at the point where the line of tension parallel to the surface of the sample, and determining the magnetization of the sample according to the formula M=B/μo-H. The values of the magnetization M1 and M2 are measured for two different 180 degrees from the direction of external magnetic field orientations of the sample. Next, calculate the magnetization Zeeman formula Ms=(M1+M2)/2 and the magnetization Neel formula Mn=(M1-M2)/2. Neel formula Mn=(M1-M2)/2.
EFFECT: ability to control the magnetizations Zeeman and Neel ferromagnetic nanoparticles in powders used for the production of magnetic fluids.
1 dwg

Description

Изобретение предназначается для отдельного измерения неелевской намагниченности вещества, направление которой совпадает с направлением оси легкого намагничивания вещества, и зеемановской намагниченности, направление которой совпадает с направлением внешнего магнитного поля. Оно может быть использовано при изготовлении магнитных жидкостей с наночастицами, имеющими преобладание или зеемановской или неелевской намагниченности. А также для оценки неелевских времен релаксации, для нахождения распределения направлений осей легкого намагничивания, для экспериментальной оценки энергии связи магнитного момента с веществом.The invention is intended for a separate measurement of the Néel magnetization of a substance, the direction of which coincides with the direction of the axis of easy magnetization of the substance, and the Zeeman magnetization, the direction of which coincides with the direction of the external magnetic field. It can be used in the manufacture of magnetic fluids with nanoparticles having a predominance of either Zeeman or Neel magnetization. And also for estimating the Néel relaxation times, for finding the distribution of the directions of the easy magnetization axes, for the experimental estimation of the binding energy of the magnetic moment with the substance.

Известен способ определения намагниченности вещества без изменения индукции внешнего магнитного поля путем помещения в магнитное поле спектрометра ЯМР образцов исследуемого вещества цилиндрической и сферической формы. Намагниченность М находят по формуле М=3(А-В), где А и В – напряженности магнитного поля, при которых регистрируются максимумы сигналов ЯМР в вышеупомянутых цилиндрическом и сферическом образцах. Способ описан в Патенте РФ №2361195, "Способ измерения намагниченности", автор А.И. Жерновой, опубликован в бюл. №19 от 10 июля 2009 г. Недостаток способа в том, что для его осуществления исследуемое вещество должно давать сигнал ЯМР, кроме того, этим способом нельзя отличить намагниченность Зеемана от намагниченности Нееля.There is a method of determining the magnetization of a substance without changing the induction of an external magnetic field by placing cylindrical and spherical samples of the test substance in the magnetic field of the NMR spectrometer. The magnetization M is found by the formula M = 3 (AB), where A and B are the magnetic fields at which the maximums of the NMR signals are recorded in the aforementioned cylindrical and spherical samples. The method is described in RF Patent No. 2361195, “Method for Measuring Magnetization,” by A.I. Millstone, published in bull. No. 19 dated July 10, 2009 The disadvantage of this method is that for its implementation the test substance must give an NMR signal, in addition, this method cannot distinguish between Zeeman magnetization and Néel magnetization.

Известен способ измерения намагниченности вещества без изменения индукции внешнего магнитного поля путем помещения в это магнитное поле образца вещества правильной геометрической формы, измерения снаружи образца индукции В в точке, где линии индукции направлены нормально поверхности образца, и напряженности Н в точке, где линии напряженности направлены параллельно поверхности образца, и нахождения намагниченности по формуле М=В/μо-Н. Недостаток способа в том, что им нельзя отличить намагниченность Зеемана, параллельную индукции магнитного поля В, от намагниченности Нееля, параллельную оси легкого намагничивания в каждой точке исследуемого ферромагнитного вещества. Способ можно принять за прототип. Он описан в журнале «Научное приборостроение», 2009, том 19, №3, с. 57-61, авторы А.И. Жерновой, В.Н. Наумов, Ю.Р. Рудаков.A known method of measuring the magnetization of a substance without changing the induction of an external magnetic field by placing a regular geometric shape of the substance in the magnetic field of the sample, measuring the induction B outside the sample at the point where the induction lines are directed normally to the surface of the sample, and the voltage H at the point where the tension lines are parallel the surface of the sample, and finding the magnetization according to the formula M = B / μo-N. The disadvantage of this method is that they cannot distinguish Zeeman magnetization parallel to the induction of magnetic field B, from Néel magnetization parallel to the axis of easy magnetization at each point of the studied ferromagnetic substance. The method can be taken as a prototype. It is described in the journal Scientific Instrument Making, 2009, Volume 19, No. 3, p. 57-61, authors A.I. Zhernova, V.N. Naumov, Yu.R. Rudakov.

В предлагаемом способе для измерения намагниченности вещества без изменения индукции внешнего магнитного поля из исследуемого вещества изготавливается образец правильной геометрической формы, например параллелепипед или цилиндр. Образец помещается во внешнее магнитное поле с индукцией, направленной параллельно или нормально оси образца. Около поверхности образца, ориентированной нормально линиям индукции внешнего магнитного поля, устанавливается датчик 1 для измерения индукции В магнитного поля, а у поверхности образца, ориентированной параллельно линиям напряженности внешнего магнитного поля, устанавливается датчик 2 для измерения напряженности Н магнитного поля. Измерив при первом положении образца датчиком 1 магнитную индукцию В1 и датчиком 2 напряженность магнитного поля H1, находим намагниченность в первом положении М1=В1/μo-Н1. После этого образец поворачивается вокруг его оси симметрии на 180 градусов относительно направления индукции внешнего магнитного поля, измеряются индукция В2 и напряженность Н2 при втором положении образца и определяется намагниченность М2=В2/μо-Н2. Если в положении 1 намагниченность Зеемана Мз и Нееля Мн были параллельны друг другу, то М1=Мз+Мн. При повороте образца относительно направления индукции внешнего поля намагниченность Зеемана остается параллельной индукции внешнего поля, а намагниченность Нееля поворачивается вместе с образцом и становится антипараллельной индукции внешнего поля, поэтому измеряемая после поворота образца намагниченность:In the proposed method for measuring the magnetization of a substance without changing the induction of an external magnetic field, a sample of the correct geometric shape, for example, a parallelepiped or a cylinder, is made from the test substance. The sample is placed in an external magnetic field with induction directed parallel or normal to the axis of the sample. Near the surface of the sample, oriented normally to the lines of induction of the external magnetic field, a sensor 1 is installed to measure the magnetic field induction B, and a sensor 2 is installed at the surface of the sample, oriented parallel to the lines of the external magnetic field, to measure the magnetic field H. Having measured the magnetic induction B1 and the sensor 2 at the first position of the sample by the sensor 1, the magnetic field strength H1, we find the magnetization in the first position M1 = B1 / μo-H1. After this, the sample is rotated around its axis of symmetry by 180 degrees relative to the direction of induction of the external magnetic field, the induction B2 and the intensity of H2 are measured at the second position of the sample, and the magnetization M2 = B2 / μo-H2 is determined. If in position 1 the Zeeman magnetization Ms and Neel Mn were parallel to each other, then M1 = Ms + Mn. When the sample is rotated relative to the direction of induction of the external field, the Zeeman magnetization remains parallel to the induction of the external field, and the Néel magnetization rotates with the sample and becomes antiparallel to the induction of the external field, therefore, the magnetization measured after the rotation of the sample:

М2=Мз-Мн.M2 = Mn-Mn

В результате Мз и Мн можно найти по формулам:As a result, Ms and Mn can be found by the formulas:

Мз=(М1+М2)/2,Ms = (M1 + M2) / 2,

Мн=(М1-М2)/2.Mn = (M1-M2) / 2.

Пример осуществления способаAn example of the method

Для осуществления способа использована установка, описанная там же, где прототип («Научное приборостроение», 2009, том 19, №3, с. 57-61). Ее схема приведена на рис. 1.For the implementation of the method used the installation described in the same place where the prototype ("Scientific instrumentation", 2009, volume 19, No. 3, pp. 57-61). Its scheme is shown in Fig. one.

Исследуемый магнетик помещается в два цилиндрических контейнера 10 диаметром 20 и высотой 45 мм, расположенных на расстоянии 3 мм друг от друга в магнитном поле, создаваемом магнитами 1. На боковой поверхности одного из контейнеров расположена катушка 2 датчика ЯМР для измерения магнитной индукции В, а в щели между контейнерами катушка 3 датчика ЯМР для измерения напряженности магнитного поля Н внутри магнетика. Катушка 2 расположена в точке, где линии магнитной индукции нормальны поверхности магнетика, а катушка 3 расположена в точке, где линии напряженности магнитного поля параллельны поверхности магнетика, поэтому, как следует, например, из учебника (С.Г. Калашников. «Электричество». М.: Наука, 1985. 576 с.), измеряемые значения В и Н равны индукции и напряженности магнитного поля внутри образца. Для измерения В и Н применен метод нутации, описанный в монографии (А.И. Жерновой. «Измерение магнитных полей методом нутации». Л.: Энергия, 1979. 103 с.). Для этого через катушки 2, 3 по хлорвиниловой трубке протекает вода, предварительно поляризованная в магните 4, которая поступает в катушку датчика ЯМР, расположенного в магните 5 и присоединенного к прибору 6, где дает сигнал, полярность которого меняется, когда частота, измеряемая частотомером 9, присоединенным к выходу прибора 8, совпадает частотой ЯМР в катушке 2 или 3, присоединенной к генератору 8 переключателем 7. Измеряя частоты ЯМР f2 в катушке 2 и f3 в катушке 3, можно определять намагниченности образца по формуле:The investigated magnet is placed in two cylindrical containers 10 with a diameter of 20 and a height of 45 mm, located at a distance of 3 mm from each other in the magnetic field created by magnets 1. On the side surface of one of the containers there is an NMR sensor coil 2 for measuring magnetic induction B, and in the gap between the containers, the coil 3 of the NMR sensor to measure the magnetic field H inside the magnet. Coil 2 is located at the point where the lines of magnetic induction are normal to the surface of the magnet, and coil 3 is located at the point where the lines of magnetic field are parallel to the surface of the magnet, therefore, as follows, for example, from the textbook (SG Kalashnikov. “Electricity”. M .: Nauka, 1985. 576 pp.), The measured values of B and H are equal to the induction and magnetic field strength inside the sample. To measure B and H, we used the nutation method described in the monograph (A. I. Zhernova. “Measurement of magnetic fields by the nutation method.” Leningrad: Energia, 1979. 103 pp.). For this, water preliminarily polarized in magnet 4 flows through coils 2, 3 through a vinyl chloride tube, which enters the coil of an NMR sensor located in magnet 5 and connected to device 6, where it gives a signal whose polarity changes when the frequency measured by frequency counter 9 connected to the output of the device 8, coincides with the NMR frequency in coil 2 or 3, connected to the generator 8 by switch 7. By measuring the NMR frequencies f2 in coil 2 and f3 in coil 3, you can determine the magnetization of the sample by the formula:

M=(f2-f3)/β,M = (f2-f3) / β,

где β - гиромагнитное отношение протонов, равное в системе единиц СИ 53,4 Гцм/А. Определив намагниченность M1, а затем повернув оба цилиндра 10 вокруг их осей на 180 градусов, определив М2, находим намагниченность Зееманаwhere β is the gyromagnetic ratio of protons, equal in the SI system of units to 53.4 Hzm / A. Having determined the magnetization M1, and then turning both cylinders 10 around their axes by 180 degrees, determining M2, we find the magnetization of Zeeman

Мз=(М1+М2)/2Ms = (M1 + M2) / 2

и намагниченность Нееля:and Neel’s magnetization:

Мн=(М1-М2)/2.Mn = (M1-M2) / 2.

Практическая значимость предлагаемого способаThe practical significance of the proposed method

Многие практические применения магнитных жидкостей основаны на том, что в магнитном поле ферромагнитные наночастицы ориентируются параллельно индукции внешнего магнитного поля. Это свойство ферромагнитных наночастиц приводит к увеличению вязкости магнитной жидкости при наложении магнитного поля, что используется, например, для создания управляемых магнитным полем гидравлических сцеплений и тормозов. При добавлении магнитных жидкостей в жидкие кристаллы появляется возможность управлять жидкими кристаллами при помощи магнитных полей. Для подобных применений магнитная жидкость должна иметь ферромагнитные наночастицы с большой неелевской намагниченностью. Предлагаемый способ позволяет контролировать это свойство наночастиц при изготовлении порошков, из которых эти жидкости производятся.Many practical applications of magnetic fluids are based on the fact that in a magnetic field, ferromagnetic nanoparticles are oriented parallel to the induction of an external magnetic field. This property of ferromagnetic nanoparticles leads to an increase in the viscosity of a magnetic fluid when a magnetic field is applied, which is used, for example, to create magnetic couplings and brakes controlled by a magnetic field. When magnetic fluids are added to liquid crystals, it becomes possible to control liquid crystals using magnetic fields. For such applications, the magnetic fluid must have ferromagnetic nanoparticles with a large Néel magnetization. The proposed method allows you to control this property of nanoparticles in the manufacture of powders from which these liquids are produced.

Claims (1)

Способ измерения намагниченности вещества без изменения индукции внешнего магнитного поля путем помещения в это магнитное поле образца вещества правильной геометрической формы, измерения снаружи образца индукции B в точке, где линии индукции нормальны поверхности образца, и напряженности H в точке, где линии напряженности параллельны поверхности образца, и нахождения намагниченности по формуле Μ=Β/μo-Н, отличающийся тем, что находят значения намагниченностей M1 и М2 при двух отличающихся на 180 градусов ориентациях образца исследуемого вещества относительно направления индукции внешнего магнитного поля и определяют намагниченность Зеемана Мз=(М1+М2)/2 и намагниченность Нееля Мн=(М1-М2)/2.A method for measuring the magnetization of a substance without changing the induction of an external magnetic field by placing a substance of the correct geometric shape in this magnetic field of the substance, measuring the induction B outside the sample at the point where the induction lines are normal to the surface of the sample, and the voltage H at the point where the tension lines are parallel to the surface of the sample, and finding the magnetization according to the formula Μ = Β / μo-Н, characterized in that they find the magnetization values M1 and M2 for two orientations of the sample of the studied relative to the direction of induction of the external magnetic field, they determine the Zeeman magnetization Ms = (M1 + M2) / 2 and the Neel magnetization Mn = (M1-M2) / 2.
RU2015142778A 2015-10-07 2015-10-07 Method for determining magnetization of matter RU2617723C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015142778A RU2617723C2 (en) 2015-10-07 2015-10-07 Method for determining magnetization of matter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015142778A RU2617723C2 (en) 2015-10-07 2015-10-07 Method for determining magnetization of matter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015142778A RU2015142778A (en) 2017-04-12
RU2617723C2 true RU2617723C2 (en) 2017-04-26

Family

ID=58641651

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015142778A RU2617723C2 (en) 2015-10-07 2015-10-07 Method for determining magnetization of matter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2617723C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2718641C1 (en) * 2019-09-04 2020-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) Method and device for permanent magnets identification by volume magnetization
RU2743072C1 (en) * 2020-06-23 2021-02-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) Method and device for identifying permanent magnets on the basis of three-dimensional magnetization

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU552551A1 (en) * 1975-04-18 1977-03-30 Ленинградский Ордена Трудового Красного Знамени Технологический Институт Им. Ленсовета Method for measuring relaxation time of a fluid
RU2361195C1 (en) * 2008-01-09 2009-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" Method of measuring magnetisation of magnetic liquid
WO2012028785A1 (en) * 2010-08-31 2012-03-08 Metso Automation Oy A low-field nmr device for measuring the water content of solids and slurries

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU552551A1 (en) * 1975-04-18 1977-03-30 Ленинградский Ордена Трудового Красного Знамени Технологический Институт Им. Ленсовета Method for measuring relaxation time of a fluid
RU2361195C1 (en) * 2008-01-09 2009-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" Method of measuring magnetisation of magnetic liquid
WO2012028785A1 (en) * 2010-08-31 2012-03-08 Metso Automation Oy A low-field nmr device for measuring the water content of solids and slurries

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Жерновой А.И., Наумов В.Н., Рудаков Ю.Р. Исследование методом ЯМР условий образования немагнитных конгломератов в золях парамагнитных наночастиц// Научное приборостроение, 2011, том 21, No 2, с. 40-43. *
Жерновой А.И., Наумов В.Н., Рудаков Ю.Р. Получение кривой намагничивания дисперсии парамагнитных наночастиц путем нахождения намагниченности и намагничивающего поля методом ЯМР// Научное приборостроени, 2009, том 19, No 3, с. 57-61. *
Жерновой А.И., Наумов В.Н., Рудаков Ю.Р. Получение кривой намагничивания дисперсии парамагнитных наночастиц путем нахождения намагниченности и намагничивающего поля методом ЯМР// Научное приборостроени, 2009, том 19, No 3, с. 57-61. Жерновой А.И., Наумов В.Н., Рудаков Ю.Р. Исследование методом ЯМР условий образования немагнитных конгломератов в золях парамагнитных наночастиц// Научное приборостроение, 2011, том 21, No 2, с. 40-43. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2718641C1 (en) * 2019-09-04 2020-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) Method and device for permanent magnets identification by volume magnetization
RU2743072C1 (en) * 2020-06-23 2021-02-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) Method and device for identifying permanent magnets on the basis of three-dimensional magnetization

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015142778A (en) 2017-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0727050B1 (en) Nuclear magnetic resonance imaging rheometer
Davydov et al. Express–control of biological solutions by portable nuclear–magnetic spectrometer
CA2795708C (en) Magnetization device for a nuclear magnetic flow meter
US7357016B2 (en) Process and device for determining viscosity
GB2291198A (en) NMR or ESR mass-flow-rate meter for multi-component flow
CA2882424A1 (en) Flowmeter with a measuring device implementing a tomographic measuring principle
RU2617723C2 (en) Method for determining magnetization of matter
US9316515B2 (en) Magnet module for a nuclear magnetic flow meter
Hogendoorn et al. Magnetic Resonance Technology, A New Concept for Multiphase Flow Measurement
GB2489403A (en) Isolating active electron spin signals in EPR by changing field direction
RU2361195C1 (en) Method of measuring magnetisation of magnetic liquid
RU2625147C1 (en) Method of measuring magnetization of magnetic fluid
Perlo Magnets and coils for single-sided nmr
Noltimier Use of the spinner magnetometer for anisotropy measurements
RU2718641C1 (en) Method and device for permanent magnets identification by volume magnetization
Williams Measuring Earth's local magnetic field using a Helmholtz coil
RU2739730C1 (en) Method of measuring magnetization of a substance by nuclear magnetic resonance
Davydov et al. On the formation of a nutation line under conditions of magnetic field modulation
RU2485461C1 (en) Method to measure temperature inside substance or live organism
US9395222B2 (en) Magnetization device for a nuclear magnetic flow meter
Leclerc et al. NMR diffusion measurements under chemical exchange between sites involving a large chemical shift difference
Martin et al. Improved NMR magnetometer for weak fields
RU173646U1 (en) MAGNETIC STRUCTURE SCOPE
RU2298202C1 (en) Method of measurement of magnetic field strength
Balaev et al. Implementation of the Astrov method for measuring the ME E effect with the use of a vibrating-coil magnetometer

Legal Events

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

Effective date: 20191008