Magnetické kvapaliny a ich magnetodielektrické vlastnosti DOKTORANDSKÝ SEMINÁR Ústavu experimentálnej fyziky SAV v Košiciach Magnetické kvapaliny a ich magnetodielektrické vlastnosti M.Molčan

(potlačenie vibrácií) Čo je magnetická kvapaliny (ferrofluid) ? koloidná suspenzia zložená z monodoménových sférických magnetických častíc (napr. magnetit) o veľkosti asi 10 nm rozptýlených v nemagnetickom nosnom médiu Aplikácie MK: Reproduktory (potlačenie vibrácií) Vákuové tesnenia v EM Hard Disk - tesnenie Magnetická separácia

Potenciál MK: Medicínske aplikácie: cielený transport liečiv, hypertermia Energetika: elektroizolačný materiál Transformátor MK sú na báze používaných transformátorových olejov = prax

Prečo je predmetom záujmu aplikácia MK v transformátoroch ??? účinnejšie chladiace a izolačné médium zlepšený odvod stratového tepla vznikajúceho vo vinutiach transformátora

príčina: 1) lepšia tepelná vodivosť MK (vyplýva z obsahu magnetitových nanočastíc FeO.Fe2O3) 2) zníženie teploty riadením toku MK pri termomagnetickej konvekcii [1] S. Holotescu, F.D.Stoian, O.Marinica, L.Kubicar, P.Kopcansky, M.Timko Journal of Magnetism and Magnetic Materials 323 (2011) 1343–1347 K olej = 0,127 W/mK Kmagnetit = 1,39 W/mK Efektívna tepelná vodivosť štyroch koncentrácií magnetických kvapalín [1]

Závislosť magnetodielektrickej anizotropie na napätí Magnetodielektrické vlastnosti MK dielektrické správanie magnetických kvapalín sa mení s použitím vonkajšieho magnetického poľa a so vzájomnou orientáciu elektrického a mag. poľa ε||(B) a ε⊥(B) je permitivita pre E||B a E⊥B a ε(0) pre B=0, hodnoty g 1 až 2 Závislosť magnetodielektrickej anizotropie na napätí

Meranie magnetodielektrických vlastností experimentálnych MK MK pripravené na báze transformátorového oleja: UTR 40 + nanočastice magnetitu (FeO.Fe2O3) a surfaktant kyselina olejová

Príprava MK UTR 40: koprecipitačná metóda následné procedúry: 2Fe3+ + Fe2+ + 8OH- Fe3O4 + 4H2O následné procedúry: magnetická separácia naviazanie surfaktantov (chemisorpcia kys. olejovej; 80-82°C) premytie acetónom (odstránenie vedľajších produktov reakcie) - rozptýlenie častíc v nosnom médiu (120-130°C) rozptýlenie častíc v objeme kvapaliny Magnetická separácia nanočastíc magnetitu Magnet

Magnetické a iné vlastnosti MK Ms[kA.m-1] [g.cm-3] Mag.vol.[% ] Vol.frac.[% ] MF1 2.78 0.937 0.62 1.62 MF2 4.93 0.960 1.10 2.15 MF3 7.71 0.996 1.73 2.99 MF4 9.07 0.998 2.03 3.03 4,46.105 A.m-1 (vzorky MF1-MF4 o rôznych objemových koncentráciách boli získané riedením najkoncentrovanejšej kvapaliny)

Meranie vybraných dielektrických veličín na oleji UTR 40: aparatúra: Sheringov mostík TETTEX s vysokonapäťovým zdrojom pre 50Hz kondenzátor tvorili paralelné Cu elektródy vzdialené 0,8 mm pri kapacitných meraniach , resp. 0,5 mm pri meraní strát permitivita MK bola učená z kapacitných meraní ako εr = C/C0 stratový činiteľ kondenzátora bol meraný ako funkcia intenzity aplikovaného elektrického poľa v rozsahu 0,2-1,2 MV.m-1 svorky pracovná nádoba z PTFE elektródový systém MK NdFeB magnety (40mT) Sheringov mostík TETTEX

Závislosť permitivity MK od intenzity elektrického poľa εr narastá s koncentráciou mag. častíc εr klesá s narastajúcim el. poľom Závislosť permitivity MK od intenzity elektrického poľa pri súčasnej aplikácii magnetického poľa (40 mT)

Závislosť stratového činiteľa MK od intenzity elektrického poľa merné dielektrické straty: pa = ε0.εr.tg(δ).ω.E2 Závislosť stratového činiteľa MK od intenzity elektrického poľa

Ďalšie elektrofyzikálne pozadie kvality dielektrík permitivita a straty - frekvenčne a teplotne závislé reálne dielektriká majú charakteristickú hodnotu špecifickej vodivosti (príspevok k stratám) elektrická pevnosť - izolanty si zachovávajú izolačné vlastnosti iba do určitej hodnoty intenzity elektrického poľa (po prekročení tejto intenzity poľa nastáva elektrický preskok)

ZOZNAM PRÍSPEVKOV M. Timko, P. Kopcansky, M. Molcan, L. Tomco, K. Marton, Floriana Stoian, S. Holotescu Magneto - dielectric properties of transformer oil based magnetic fluids Workshop Timisoara Acaddemic Days: Multifunctional nanoparticles, magnetically controllable fluids, complex flows and applications, 2.6. –3.6. 2011 , Timisoara, Rumunsko (prednáška) M. Timko, M. Molcan, P. Kopcansky, K. Marton, L. Tomco, F. Stoian, S. Holotescu, A. Taculescu Magnetodielectric properties of magnetic fluids INTERMAG Conference, Taipei, 25.4. - 29.4.2011, Taiwan M. Timko, P. Kopcansky, K. Marton, L. Tomco, S. Holotescu, F. Stoian, L. Vekas, M. Molcan, J. Kovac, L. Kubicar Magnetic fluids - more effective cooling and isolation medium for power transformer. INDUCTICA 2011, Berlin, 23.5. - 26.5. 2011, Nemecko M. Molcan, P. Kopcansky, K. Marton, L. Tomco, S. Molokac, M. Timko Magnetic anisotropy of electric conductivity in magnetic liquids PHYSICS OF MAGNETISM 2011, Poznan, 27.6. - 1.7.2011, Poľsko (príspevok) M. Timko, K. Marton, L. Tomco, M. Molcan, P. Kopcansky Magneto-dielectric properties of transformer oil based magnetic fluids International Conference on Fundamental and Applied MHD, Borgo – Corsica, 5.9. - 9.9.2011, Francúzko

POĎAKOVANIE Ďakujem za pozornosť !!! RNDr. Milan Timko, CSc. doc. RNDr. Peter Kopčanský, CSc. doc. RNDr. Ladislav Tomčo, PhD. prof. Ing. Karol Marton, DrSc. Ďakujem za pozornosť !!!