Экспериментальное исследование ферримагнитных наносистем

Цель работы - исследование калориметрическим методом магнетокалорического эффекта (МКЭ) и теплоемкости магнитных жидкостей (МЖ) и суспензий на основе магнетита в магнитных полях от 0 до 0,7 Тл, а также расчет на основании полученных данных энтальпии и энтропии процесса.

Для исследования МКЭ и теплоемкости ферримагнитных наносистем была использована специально сконструированная микрокалориметрическая установка, представляющая собой калориметр с изотермической оболочкой. Калориметрическая ячейка вместе с термостатирующими рубашками помещалась в межполюсной зазор электромагнита. В качестве образцов исследования были использованы МЖ на основе магнетита, а также водная суспензия магнетита. Исследования проводились в диапазоне температур 15 – 75 °С, в полях 0 – 0,7 Тл.

В ходе исследования установлено, что МКЭ для МЖ во всем диапазоне полей и температур положителен и нелинейно возрастает при увеличении поля. В сравнении с монокристаллическим магнетитом в МЖ на температурных зависимостях обнаружен максимум МКЭ, который на два порядка превышает значения МКЭ при 25 0С. Для водной суспензии магнетита знак МКЭ меняется при температуре выше 45 0С. Кроме того, впервые было установлено, что удельная теплоемкость данных систем в магнитном поле, отличается от теплоемкости в нулевом поле. Зависимость теплоемкости от величины магнитного поля носит экстремальный характер, причем, чем выше температура, тем выше лежит максимум.

На основании полученных данных были рассчитаны изменение энтальпии и изменение энтропии процесса. Изменение энтальпии пропорционально МКЭ; температурная и полевая зависимости для изменения энтальпии аналогичны соответствующим зависимостям для магнетокалорического эффекта. Температурная и полевая зависимости для изменения энтропии процесса имеют сложный характер, поскольку изменение энтропии пропорционально и МКЭ, и теплоемкости.

И.М. Арефьев