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

2. (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

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

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

5. 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]

6. 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

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

8. 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 ( °C)
rozptýlenie častíc
v objeme kvapaliny
Magnetická separácia
nanočastíc magnetitu
Magnet

9. 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, A.m-1
(vzorky MF1-MF4 o rôznych objemových koncentráciách boli získané riedením najkoncentrovanejšej kvapaliny)

10. 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

11. 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)

12. 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

13. 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)

14. 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. – , 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, , 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, , 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, , 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, , Francúzko

15. 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 !!!