A dipólus-dipólus kölcsönhatás folyadékszerkezetre gyakorolt hatásának tanulmányozása ferrokolloidok és elektroreológiai fluidumok kísérleti és számítógépes szimulációs vizsgálatával = The influence of the dipole-dipole interaction to the structure of liquids by the help of experimental and computer simulation study of ferrocolloids and electro-rheological fluids

摘要

Az elektroreológiai folyadékok dielektromos állandójának és a mágneses kolloidok mágneses szuszceptibilitásának leírására a termodinamikai perturbációelmélet alapján analitikus egyenleteket származtattunk. Gibbs sokaságon vett Monte Carlo szimulációs módszerrel vizsgáltuk a dipoláris fluidumok gőz-folyadékszerű fázisszeparációját. Megállapítottuk, hogy a részecskék méret és kölcsönhatási energia szerinti polidiszperzitása a fázisegyensúlyi görbék (ortobár sűrűség görbék) szélességének csökkenését és a kritikus pont eltolódását eredményezi. A fázisegyensúlyi görbék szomszédságában vizsgáltuk a polidiszperzitás hatását a mágneses fluidumok állandó térfogaton vett hőkapacitására. Azt tapasztaltuk, hogy a nagyobb sűrűségű fázisban a hőkapacitás nem érzékeny az összetételre. Monte Carlo szimulációs és perturbációelméleti módszerekkel vizsgáltuk a polidiszperzitás hatását az olyan modell mágneses fluidum filmek tulajdonságaira, amelyek kölcsönhatási potenciálja egy rövidtávú taszító és a háromdimenziós dipólus-dipólus kölcsönhatás eredőjeként áll elő. A különböző dimenziójú dipoláris fluidumok összehasonlításával megmutattuk, hogy azok kezdeti szuszceptibilitása a részecskék mozgási szabadsági fokaival érzékenyen változik. Videómikroszkópos technikát fejlesztettünk ki az elektroreológiai fluidumokban a külső elektromos tér hatására képződő láncok megjelenítésére. | Analytical perturbation theoretical equations were predicted to describe the dielectric constant of electrorheological fluids and magnetic susceptibility of polydisperse magnetic colloids. Using the Gibbs ensemble Monte Carlo simulation method the vapor-liquid-like coexistence properties were determined in dipolar fluids. Taking into account the realistic situation, i.e., polydispersity in size and interaction strength, a considerable reduction of the width and upward shift of the critical point were introduced into the phase diagram. The effect of polydispersity on the isochoric heat capacity of model ferrofluids in the vicinity of the phase transition was also considered. The heat capacity was found to be rather insensitive to the composition variations in the denser phase. The influence of polydispersity on the magnetic properties of monolayers of three-dimensional dipolar spheres with short-range repulsive interactions was studied by means of Monte Carlo simulations and high field approximation perturbation theory. Comparing dipolar fluids of different dimensions, the initial magnetic susceptibility was found to be remarkably sensitive to the degrees of freedom of particle motions. We proposed a video-microscopic visualization method for the study of chain formation in electrorheological fluids, caused by the external applied electric field.