Динамика магнитоактивных дисперсных капельных систем в неоднородных магнитных полях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Соколов Евгений Александрович

• Соколов Евгений Александрович
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Соколов Евгений Александрович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЯ МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ И МНОГОФАЗНЫХ СИСТЕМ НА ИХ ОСНОВЕ

1.1 Общие сведения о магнитных жидкостях

1.2 Динамика магнитных включений в жидких средах под воздействием магнитных полей

1.3 Эмульсии на основе магнитных жидкостей

1.4 Динамика немагнитных капель и пузырьков в магнитной жидкости

1.5 Магнитные жидкости в микрофлюидике

1.6 Выводы по главе

ГЛАВА 2. ОБРАЗЦЫ МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ И ТОПОЛОГИЯ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

2.1 Химическая конденсация

2.2.1 Пикнометрический метод измерения плотности

2.2.2 Ротационная вискозиметрия

2.2.3 Баллистический метод измерения намагниченности магнитных жидкостей

2.3 Сводные данные о физических свойствах объекта исследования

2.4 Конфигурация магнитного поля

2.5 Выводы по главе

ГЛАВА 3. ДИНАМИКА НЕМАГНИТНЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ В КАНАЛЕ, ЗАПОЛНЕННОМ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТЬЮ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ

3.1 Экспериментальная установка

3.2 Поведение инжектированных газовых пузырьков в магнитной жидкости в неоднородном магнитном поле

3.3 Динамика капель воды в МЖ на основе масла в плоском канале под воздействием магнитного поля

3.4 Оценка сил, действующих на немагнитную каплю в магнитной жидкости в магнитном поле

3.5 Выводы по главе

ГЛАВА 4. ДИНАМИКА МАГНИТНЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ В ОБЪЕМЕ НЕМАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ

4.1 Экспериментальная установка

4.2 Динамика всплывающих капель магнитной жидкости в глицерине в плоском канале под воздействием магнитного поля

4.3 Выводы по главе

ГЛАВА 5. ФОРМИРОВАНИЕ МАГНИТОАКТИВНЫХ КАПЕЛЬНЫХ СИСТЕМ В ПЛОСКОМ КАНАЛЕ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

5.1 Экспериментальная установка

5.2 Формирование активных магнитожидкостных капель в плоском канале под воздействием магнитного поля

5.3 Поведение активных пузырьков, покрытых МЖ, инжектируемых в плоском канале под воздействием магнитного поля

5.4 Оценка сил, действующих на магнитоактивный пузырек воздуха в НМЖ в магнитном поле кольцевого магнита

5.5 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БЛАГОДАРНОСТИ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Динамика магнитоактивных дисперсных капельных систем в неоднородных магнитных полях»

Актуальность и разработанность темы исследования.

В настоящее время все большее распространение получают технологии магнитомягких магнитных материалов, которые могут изменять свои параметры под внешними воздействиями. Интерес к данной отрасли подтверждается многочисленными конференциями, проводимыми ежегодно по всему миру, неуклонно растущим числом публикаций по данной тематике в журналах с высоким импакт-фактором. Магнитное поле позволяет оказывать наибольшее бесконтактное воздействие на подобный объект. Эта особенность делает магнитные материалы популярными для организации активных систем, среди которых можно перечислить магнитные мягкие композиты, многофункциональные эмульсии, магнитореологические и магнитные жидкости. Магнитная жидкость, которая была первым предложенным примером таких дисперсных систем, представляет собой коллоидный раствор магнитных наночастиц, покрытых поверхностно-активным веществом, диспергированных в жидкости-носителе. Движение немагнитных тел в магнитной жидкости, а также магнитных включений в немагнитной среде, может быть управляемо с помощью внешнего магнитного поля. Данный метод уже используется в сепараторах. Аналогичный принцип обладает потенциалом для микрофлюидных систем, где с помощью активной магнитной жидкости, свойства которой изменяются под воздействием внешнего магнитного поля, можно регулировать процессы образования пузырьков и капель. За последние несколько лет вышел ряд работ, описывающих новый актуальный способ воздействия на магнитные многофазные системы с помощью пространственно неоднородных магнитных полей, содержащих области, в которой градиент магнитного поля меняет свое направление. Это позволяет управлять динамикой немагнитных включений в магнитной жидкости, что может служить основой для синтеза управления магнитоактивными пузырьками и каплями, содержащими немагнитное ядро и оболочку из магнитной жидкости.

Следовательно, изучение особенностей динамики немагнитных капель и пузырьков в магнитной жидкости, капель магнитной жидкости в немагнитной, а также дисперсных систем из немагнитного ядра и магнитожидкостной оболочки под воздействием неоднородных магнитных полей имеет значимую научную и практическую ценность. Это связано как с углубленным изучением физических особенностей таких дисперсных систем, так и с потенциальным использованием полученных результатов в капельной микрофлюидике и разработке систем адресной доставки лекарственных средств.

Цель диссертации: комплексное исследование динамики магнитоактивных дисперсных капельных систем: немагнитных жидких и газообразных включений в магнитной жидкости, магнитожидкостных капель в немагнитной среде, а также немагнитных пузырьков и капель, покрытых магнитожидкостной оболочкой, в немагнитных жидких средах, внутри плоских прозрачных каналов с различной толщиной и покрытием стенок под влиянием магнитных полей различной конфигурации.

Задачи диссертационного исследования:

1. Разработать экспериментальные установки для исследования динамики дисперсных систем на основе магнитной жидкости в плоском вертикальном канале с различной толщиной и покрытием стенок.

2. Подготовить для исследований репрезентативную выборку образцов магнитных жидкостей с концентрацией ф от 1 до 14 %, намагниченностью насыщения М5 от 3 до 45 кА/м и вязкостью п от 2 до 600 мПа-с.

3. Исследовать динамику газовых пузырьков и немагнитных капель, инжектируемых в магнитную жидкость, под воздействием неоднородного магнитного поля.

4. Провести комплексное исследование с сопоставлением с результатами компьютерного моделирования поведения магнитной капли в немагнитной жидкости под воздействием неоднородного магнитного поля.

5. Синтезировать магнитоактивные пузырьки и капли, содержащие немагнитную фазу, с использованием фокусировки их потока с помощью кольцевого постоянного магнита, осуществить их направленное перемещение.

6. Предложить адекватную интерпретацию поведения магнитоактивных пузырьков и капель в неоднородных магнитных полях, подтверждаемую оценками характерных размеров немагнитного ядра и толщины магнитной оболочки Д^О.

7. Провести анализ сил, действующих в неоднородном магнитном поле на дисперсные системы: немагнитная капля в магнитной жидкости; немагнитный пузырек, покрытый магнитожидкостной оболочкой в немагнитной жидкости; магнитная капля в немагнитной жидкости.

Научная новизна диссертации:

1. Предложен механизм формирования с помощью кольцевого постоянного магнита магнитоактивных пузырьков и капель, содержащих немагнитное ядро (^я = 1,33 -4 1,75 мм) с магнитожидкостной оболочкой (ДdО = 0,30 -4 0,44 мм), для моделирования и управляемого манипулирования внешними воздействиями.

2. Выявлены особенности динамики дисперсных систем на основе немагнитных сред (вода, воздух, масла, глицерин) и магнитных жидкостей (ф = 0,71 4- 14,2 %, Ма = 3,1 4- 49 кА/м и п = 1,5 - 650 мПа-с) в ограниченных условиях под воздействием магнитных полей.

3. Установлены реально-временные динамические зависимости поведения дисперсных магнитожидкостных систем, соответствующие решениям уравнений движения, построенные с учетом топологии неоднородных магнитных полей.

Объектом исследования являются магнитоактивные дисперсные капельные системы: немагнитные жидкие и газообразные включения в магнитной жидкости, магнитожидкостные капли в немагнитной среде, а также немагнитные пузырьки и капли, покрытые магнитожидкостной оболочкой.

Предмет исследования: динамика магнитоактивных дисперсных капельных систем на основе магнитных жидкостей в каналах различной формы под воздействием неоднородных магнитных полей различной конфигурации.

Методология и методы исследования. Результаты, представленные в диссертации, были получены экспериментальным путем с использованием общепризнанных методик и подходов. Установки, на которых проводились исследования, были разработаны и собраны автором работы, в них использовались постоянные кольцевые магниты, шприцевой насос собственного изготовления, электромагнит с программируемым источником питания. Сбор данных осуществлялся с применением стандартного измерительного оборудования: высокоскоростной камерой (Nikon 1V3), микроскопами (МИКМЕД WiFi 2000X 5.0; МИКМЕД 5.0), тесламетрами (ТПУ; ТПУ-01). Образцы магнитных жидкостей были изготовлены в ЮЗГУ, ИГЭУ. Физические свойства исследуемых образцов МЖ определялись с использованием стандартных методик. Для измерений применялись кварцевые пикнометры, аналитические весы модели (OHAUS PA4102C), вискозиметр Брукфильда (Brookfield DV2T), а также баллистическое измерение кривых намагничивания. Топология магнитного поля была смоделирована с использованием программного обеспечения FEMM, внедренного в MATLAB. Обработка изображений немагнитных включений проводилась в специально разработанной в среде NI Labview программе. Теоретическая обработка экспериментальных результатов проводилась на основе известных выражений физики конденсированного состояния, магнитной и классической гидродинамики.

Положения, выносимые на защиту:

1. Механизм управляемого синтеза на основе инжекции немагнитной фазы в магнитную жидкость в область локализации неоднородного магнитного поля и последующего покрытия магнитной оболочкой при прохождении межфазной границы магнитная-немагнитная жидкость позволяет создавать магнитоактивные дисперсные капельные системы для моделирования и управляемого манипулирования внешними воздействиями.

2. Эволюция формы магнитоактивных капель в немагнитной жидкой среде в неоднородных магнитных полях характеризуется изменениями эксцентриситета от 0,45 до 0,97, согласуясь с результатами компьютерного моделирования.

3. Результаты экспериментального исследования и физическая интерпретация влияния топологии неоднородного магнитного поля, физических свойств жидких сред и параметров канала на размерные, динамические характеристики дисперсных систем из магнитоактивных капель и пузырьков.

Достоверность результатов, полученных при изучении динамики немагнитных жидких и газовых включений, подтверждается методом их регистрации путем прямого наблюдения через высокоскоростную видеокамеру или микроскоп. В исследовании применяются общепринятые методики, а также проведена оценка погрешностей измерений. Экспериментальные данные находятся в согласовании с теоретическими оценками и результатами других известных исследований в данной области.

Теоретическая и практическая значимость работы обусловлена тем, что проведено комплексное исследование динамики немагнитных капель и пузырьков в магнитных жидкостях в каналах различной формы в условиях воздействия неоднородных магнитных полей различной конфигурации. Детально рассмотрен процесс инжекции немагнитных включений в вертикальный канал, заполненный магнитной жидкостью, в неоднородном магнитном поле. Исследована деформация капли магнитной жидкости в немагнитной в неоднородном магнитном поле соленоида. Предложен новый механизм получения магнитоактивных капель и пузырьков с помощью кольцевого постоянного магнита, который может быть использован для создания систем для адресной доставки лекарств с помощью внешнего магнитного поля. Результаты диссертационной работы внедрены в образовательный процесс в ЮЗГУ.

Апробация работы. Результаты диссертационного исследования были представлены на международных и всероссийских научных конференциях и форумах, включая: Conference of Russian Young Researchers in Electrical and

Electronic Engineering, ElConRus - г. Санкт-Петербург, 2025г.; XIII Всероссийскую конференцию «Необратимые процессы в природе и технике» - г. Москва, 2025г.; V Russian conference on magnetohydrodynamics - г. Пермь, 2024г.; IEEE International Magnetics Conference - Rio de Janeiro, Brasil, 2024г.; XX, XXI Плесские конференции по нанодисперсным магнитным жидкостям - Ивановская обл. г. Плёс, 2022, 2024гг.; Samarkand International Symposium on Magnetism - г. Самарканд, Узбекистан, 2023г.; 2-ю, 3-ю Международные научно-практические конференции «Актуальные вопросы науки, нанотехнологий, производства» - г. Курск, 2022, 2023 гг.; Международную Ставропольскую конференцию по магнитным коллоидам - г. Ставрополь, 2023г.; V International Baltic Conference on Magnetism IBCM - г. Калининград, 2023г.; Euro - Asian Symposium «Trends in Magnetism»: EASTMAG - 2022 - г. Казань, 2022г.

Исследования, описанные в диссертации, были проведены при поддержке: гранта РНФ №24-22-00309 «Разработка технологий микрофлюидного синтеза и исследование управляемой динамики многофазных магнитоактивных капель для адресной доставки»; программы стратегического академического лидерства "Приоритет-2030" (Соглашения № 075-15-2021-1155 и № 075-15-2021-1213); государственного задания ( проект № 075-03-2025- 526).

Личный вклад автора состоит в разработке установок, синтезе исследуемых образцов дисперсных систем, получении и обработке экспериментальных данных, теоретической оценке вклада сил, действующих на магнитоактивные дисперсные капельные системы, моделировании топологии магнитного поля в пакете FEMM. Интерпретация деформации капли магнитной жидкости в магнитном поле с помощью решеток Больцмана выполнена совместно с соавторами. Основные положения, результаты и выводы диссертационной работы получены и сформулированы лично автором.

Публикации. Основные результаты данной диссертационной работы представлены в 22 публикациях, среди которых 9 статей опубликованы в научных журналах, включенных в список ВАК. Из них 7 статей размещены в изданиях, включенных в «Белый список» и индексируемых международными базами данных

Scopus и Web of Science. Получены 1 патент на изобретение и 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Соответствие паспорту научной специальности. Содержание, направленность диссертационной работы и ее основные выводы соответствуют паспорту специальности 1.3.8. Физика конденсированного состояния: п. 2 «Теоретическое и экспериментальное исследование физических свойств упорядоченных и неупорядоченных неорганических и органических систем, включая классические и квантовые жидкости, стекла различной природы, дисперсные и квантовые системы, системы пониженной размерности».

Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, пять глав, заключение и список использованных источников из 163 наименований. Текст работы занимает 145 страниц машинописного текста и содержит 65 иллюстраций и 11 таблиц.

ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЯ МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ И МНОГОФАЗНЫХ СИСТЕМ НА ИХ ОСНОВЕ

1.1 Общие сведения о магнитных жидкостях

Магнитная жидкость (МЖ) [1] представляет собой стабильный коллоидный раствор, в который входят магнитные наночастицы, диспергированные в жидкой среде. Данный материал также известен как феррожидкость или ферромагнитная жидкость. В англоязычной литературе используются термины magnetic fluid, magnetic nanofluid, magnetic liquid или ferrofluid [2-5]. Первая МЖ была получена в 1963 году американским ученым С. Пейпеллом, в результате механического измельчения частиц магнетита (Fe304) в шаровой мельнице в присутствии дисперсионной среды и стабилизатора [6]. С этого момента начались активные исследования характеристик МЖ, разработка новых способов ее синтеза и поиск областей применения данного магнитного коллоида. В качестве дисперсной фазы чаще всего используются магнетит Fe3O4, порошок железа и ферриты-шпинели. Также могут применяться порошки никеля и кобальта или их смеси с порошками железа. Магнитные частицы могут быть различных размеров и форм, а также отличаться по химическому составу, что позволяет получать МЖ с уникальными свойствами [7]. Углеводородные, кремнийорганические жидкости и вода используются в качестве дисперсионной среды [2]. Мировой интерес к МЖ был сильно стимулирован первым коммерческим применением МЖ в качестве герметизаторов и уплотнителей [8]. Благодаря постоянному развитию в науке о МЖ, они сегодня являются неотъемлемой частью нанотехнологий и вносят значительный вклад в промышленный прогресс и разработку интеллектуальных устройств, улучшающих качество жизни людей. Недавно начались интенсивные исследования биосовместимых МЖ. Данное направление имеет огромный потенциал и впечатляющие перспективы к применению в биотехнологии и наномедицине [9].

Физические свойства МЖ определяются ее компонентами: дисперсной твердой магнитной фазой, дисперсионной средой и стабилизатором [10]. Ее

параметры могут варьироваться в широких пределах и изменяться под воздействием внешних полей, в первую очередь, магнитного [11]. Все это позволяет отнести МЖ к активным материалам. Агрегативная стабильность и магнитные характеристики дисперсных магнетиков в первую очередь зависят от размеров и структуры магнитных частиц. При уменьшении их размеров изменяется магнитная структура. Магнитные наночастицы, благодаря своим малым размерам (5-15 нм), находятся в состоянии активного броуновского движения, что способствует седиментационной устойчивости магнитных коллоидов и их равномерному распределению в объеме жидкости [7]. Теоретически однодоменная структура ферромагнитных частиц была рассмотрена Ч. Киттелем [12], Л. Неелем [13, 14], Э. Стонером и Е. Вольфартом [15]. В данных исследованиях были установлены условия, при которых возникает однодоменное состояние частиц, а также проведены расчеты их критического размера, при достижении которого наблюдается переход в однодоменное состояние.

Возникновение силы отталкивания при сближении частиц является необходимым условием для пространственной и агрегативной устойчивости коллоидных систем, в состав которых входят магнитные частицы. Такого эффекта можно добиться с помощью покрытия частиц поверхностно-активным веществом (ПАВ). На рисунке 1.1 показана структура магнитной наночастицы МЖ, покрытой слоем ПАВ [16].

Соединения, состоящие из полярных органических молекул, чаще всего используются в качестве ПАВ. В состав молекулы ПАВ входят длинная углеводородная, фторуглеродная или другая цепочка и короткая функциональная группа, например, щелочная или кислотная. Примерами таких веществ являются олеиновая кислота, гидроксид тетраметиламмония, полиакриловая кислота, полиакрилат натрия, лимонная кислота и соевый лецитин. Они образуют защитную оболочку вокруг частиц, предотвращая тем агрегацию дисперсной фазы. Это происходит из-за действия Ван-дер-Ваальсовых и магнитных сил, которые обуславливаются присутствием у частиц магнитного момента. Результативность технологий синтеза МЖ определяется по ключевым физическим параметрам:

долговременная коллоидная стабильность, намагниченность насыщения, вязкость и диапазон рабочих температур. Если размер частиц превышает 50 - 60 нм, то такие жидкости относятся к магнитореологическим [17]. Их отличительной чертой является значительное повышение вязкости под действием магнитного поля (МП).

а

б

Рисунок 1.1 - Магнитные частицы в МЖ, покрытые ПАВ: а) в неполярной жидкости-носителе, б) в полярной жидкости-носителе

Магнитные частицы обладают постоянным магнитным моментом, что приводит к возникновению энергии дипольного взаимодействия, определяемого выражением [18]:

и=

3г6кпТ

ч 0

(1.1)

где ц0 - магнитная постоянная; т* - магнитный момент частицы; гч - расстояние между частицами; к0 - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура.

Основным компонентом МЖ является жидкость-носитель, которая может быть как полярной, так и неполярной. Ее основная функция заключается в создании среды для удержания частиц магнитного материала. Выбор жидкости-носителя во многом определяется областью применения МЖ [19]. При этом важными критериями являются температура кипения, давление пара при повышенных температурах и точка замерзания. Жидкость-носитель не должна вступать в химические реакции с магнитной фазой и материалами, используемыми в устройстве.

При анализе динамики МЖ, которая обусловлена их ключевым свойством -намагниченностью, можно предположить, что их намагниченность близка по величине к железу [20].

Тепловое движение частиц препятствует выравниванию магнитных моментов в направлении внешнего МП. Как и в классической теории парамагнетизма Ланжевена [21], учет этих факторов позволяет вывести формулу для расчета намагниченности МЖ.

М=М0Ь(т*Н), М0 = ит. = фМ8, L(4) = оЩ - ?, (1.2)

к0Т

где М0 - намагниченность среды в невозмущенном состоянии; Ь()- функция Ланжевена, 4 = ц,0т1И / к0Т; ц0 - магнитная постоянная; ф - объемная концентрация дисперсной фазы; Н - вектор напряженности МП; п - концентрация магнитных частиц; Ms - намагниченность насыщения МЖ.

Из-за значительной величины магнитного момента т* нелинейные эффекты

возникают уже при относительно слабых МП: значение £ ~ 1 достигается при комнатной температуре в МП Н ~ 8 кА/м. Асимптотические выражения функции

Ланжевена описывают начальный участок кривой намагничивания:

2

■с Л и ит* ~ ф (л оч

4<< 1, М = %оИ, Хо = 7^ = (13)

к0Т к

и приближение к насыщению

ик Т

4» 1, М=Мо, (1.4)

где х0 - начальная магнитная восприимчивость; к = 4— ^т ~ безразмерный

параметр магнито-дипольного взаимодействия.

Данные формулы применимы только к идеальной МЖ, частицы которой не взаимодействуют. В работах П. Вейса [22], Л. Онзагера [23], М. Вертхейма [24], К. Морозова [25-27], А. Пшеничникова [28] и др. описаны теоретические модели для реальных МЖ, учитывающие как полидисперность, так и межчастичные взаимодействия.

Как показано в работах [29, 30], теория эффективного поля ММР2 является более практичной для анализа экспериментальных данных. С помощью следующей системы уравнений описывается равновесная намагниченность МЖ, обладающей полидисперсностью:

М(Н)=п\т (х)Ц £. ) Г (х)Сх,

У0т*. (х)

кТ

' Мь (Н) 1 с1Мь Н + —^—+-Мь (Н )- ь

X %!

144

X +Хк + Х Ь

3 144

сН

(1.5)

где Мь - намагниченность Ланжевена; - магнитная восприимчивость Ланжевена.

Результаты экспериментальных исследований и компьютерного моделирования подтверждают точность теории ММР2 (расхождение не более 3%) в широком температурном диапазоне при намагничивании полидисперсных МЖ с различным содержанием магнитной фазы.

Значимым электромагнитным явлением в нанодисперсных МЖ, подверженных одновременному воздействию магнитного и ультразвукового полей, является генерация переменного электрического поля и появление электродвижущей силы (ЭДС) в проводящем контуре. Это явление известно как акустомагнитный эффект (АМЭ) [31, 32]. Он позволяет фиксировать акустические колебания и изучать акустическое поле в МЖ с помощью индукционного метода [33, 34]. МЖ обладают способностью сильно преломлять свет (на шесть порядков выше по сравнению с другими жидкостями) [35].

Явление, при котором немагнитный объект, погруженный в МЖ, которая находится в МП с градиентом, направленным вниз, испытывает дополнительную подъемную силу называется магнитной левитацией. Эта сила может значительно превышать вес вытесненной жидкости. Силы магнитной левитации «утяжеляют» немагнитный объект, если градиент МП направлен вверх. Это предотвращает

всплытие немагнитного объекта и позволяет ему «зависать» в более плотной среде МЖ.

Условие левитации (зависания) воздушной полости в МЖ определяется следующим выражением [36]:

ц0МУЯ=-Рмжя, (1.6)

где ЧИ - градиент напряженности МП; рмж - плотность МЖ; g - ускорение свободного падения.

МЖ является неньютоновской жидкостью, структура и прочность которой определяют взаимодействия между жидкостью-носителем, ПАВ и дисперсной средой. Влияние МП на реологические свойства МЖ были описаны в работе [37].

Коллоидные частицы, входящие в состав МЖ, увеличивают ее вязкость. Вязкость коллоида тем выше, чем выше концентрация твердой фазы. При низкой концентрации частиц в растворе увеличение вязкости описывается формулой Эйнштейна:

Л = 1 + 2,5ф, (1.7)

Ло

где Пк и по - динамические вязкости коллоида и жидкости-основы соответственно. Для концентрированных коллоидных систем в работе [38] описывается формула для относительной вязкости раствора типа «магнетит в керосине»:

Лк / л0 = 4,4ф+28,5ф2. (1.8)

Более сложные теоретические модели принимают во внимание зависимость вязкости от напряженности МП. Этот эффект, известный как магнитовязкий, впервые был описан в исследованиях М. Шлиомиса [39], где рассматривалась связь вязкости МЖ с напряженностью МП. Подробное изучение данного явления также было проведено в работах Ш. Оденбаха [40, 41].

Так как МЖ легко манипулировать с помощью внешнего МП, то это делает их идеальной модельной системой для исследования фундаментальных явлений. Благодаря способности настраивать межчастичные взаимодействия, МЖ претерпевает структурные переходы, такие как цепочки, столбики и т.д. под действием внешнего МП.

1.2 Динамика магнитных включений в жидких средах под воздействием магнитных полей

Для воздействия на микро- и нанообъекты используются электрические, магнитные, оптические и акустические поля [42]. Наиболее перспективными являются МП, которые дают наибольшую силу воздействия [43]. В последнее время появились работы, посвященные ключевым принципам микросмешивания и манипулирования микро- и нанообъектами [44, 45]. Одним из перспективных направлений исследований является манипулирование частицами в непрерывном потоке с использованием МЖ [46, 47], позволяющие реализовать анализ в многослойном потоке методом разделения клеток без маркеров и одновременно осуществлять отделение, промывку и сепарацию частиц [48 - 50]. В связи с этим особую роль приобретают методы модификации поверхности для повышения эффективности биомедицинских анализов с использованием наночастиц [51]. Ключевую роль в этом играют нанообьекты. Физической основой сепарации частиц является магнитофорез [52]. Этот метод обеспечивает неинвазивный подход без маркировки, сводя к минимуму потенциальное вредное воздействие на различные объекты и обеспечивая широкий спектр применений магнитных частиц в биомедицинских исследованиях и диагностике. Примеры различных применений биологических магнитных наночастиц представлено на рисунке 1.2. Значительными перспективами обладают магнитные ПАВ, наиболее полным обзором по данной тематике является работа [53], в которой рассмотрены свойства и потенциальные области применения магнитных ПАВ, их поведение в МП и способность модулировать поверхностное натяжение.

Рисунок 1.2 - Примеры применения различных биологических магнитных наночастиц [51]

Также необходимо отметить исследования, направленные на изучение активных магнитных капель, являющиеся перспективными средствами для доставки лекарств [54]. Такие исследования начались достаточно недавно, например, в работе [55] исследована капля полученная ЭЭ-печатью жидкости в жидкость, с использованием специфических ПАВ [56]. Подобная капля может управляться с помощью внешнего МП, как показано на рисунке 1.3, и является неинвазивной для кровеносной системы. В качестве альтернативы данного метода можно использовать фокусировку с помощью внешнего неоднородного МП [57], что открывает перспективы для создания новых методов синтеза активных магнитных капель. Однако существующие технологии синтеза подобных систем довольно дорогостоящие.

Рисунок 1.3 - Намагниченный цилиндр с жидкостью притягивается МП, создаваемым алюминиевым соленоидом [55]

Подводя итог информации, представленной в данном параграфе, необходимо отметить, что манипулирование динамикой магнитных включений в жидких средах под воздействием МП имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами манипулирования. Данный способ магнитного контроля является перспективным направлением в области сепарации и манипулирования частицами. Одним из наиболее популярных применений МЖ, магнитомягких систем и магнитных наночастиц является возможность внешнего управления их физическими параметрами и динамикой с использованием внешних МП. Магнитные частицы в таких системах модифицируются с помощью специфических и чрезвычайно трудно синтезируемых ПАВ, что является определенным недостатком данного разделения. ПАВ способны избирательно взаимодействовать и связываться только с определенными биологическими объектами (клетками, белками, вирусами и т.д.) или органическими соединениями. В перспективе магнитомягкие материалы могут использоваться для магнитно-управляемой

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Соколов Евгений Александрович, 2025 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Розенцвейг Р. Феррогидродинамика / Р. Розенцвейг. - Москва : Мир, 1989. -356 с.

2. Joseph A. Ferrofluids: synthetic strategies, stabilization, physicochemical features, characterization, and applications / A. Joseph, S. Mathew // ChemPlusChem. -2014. - Vol. 79, № 10. - P. 1382 - 1420.

3. Zeng Q. et al. Advances in magnetic fluid seal and structures // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2024. - С. 172232.

4. Chauhan V. Magnetorheological fluids: a comprehensive review / V. Chauhan, A. Kumar, R. Sham // Manufacturing Review. - 2024. - Vol. 11. - P. 6.

5. Ilg P. Ferrofluid structure and rheology / P. Ilg, S. Odenbach // Colloidal magnetic fluids: basics, development and application of ferrofluids. - 2008. - P. 249 -325.

6. Patent № 3215572 US USA, Low viscosity magnetic fluid obtained by the colloidal suspension of magnetic particles : published 02.11.1965 / Papell S. S. - 2 p.

7. Philip J. Magnetic nanofluids (Ferrofluids): Recent advances, applications, challenges, and future directions / J. Philip // Advances in Colloid and Interface Science.

- 2023. - Vol. 311. - P. 102810.

8. Sealing mechanism investigation of convergent ferrofluid seals with staggered pole teeth / Y. Liu, X. Yang, X. Dou, Y. Liu [et al.] // Tribology International.

- 2023. -Vol. 190. - P. 109054.

9. Hewlin Jr R. L. Design and development of a traveling wave ferro-microfluidic device and system rig for potential magnetophoretic cell separation and sorting in a water-based ferrofluid / R. L. Hewlin Jr, M. Edwards, C. Schultz // Micromachines. - 2023. - Vol. 14, № 4. - P. 889.

10. Comparison of physical properties of ferrofluids based on mineral transformer oil and bio-degradable gas-to-liquid oil / M. Rajnak, K. Paulovicova, J. Kurimsky, J. Tothova [et al.] // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2024. -Vol. 589. - P. 171628.

11. Investigation of the effect of nanoparticle type on ferrofluid viscosity and its thermal performance in the presence and absence of a magnetic field: A new correlation / M., Dinarvand, M. Abolhasani, F. Hormozi, Z. Bahrami // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2023. - Vol. 587. - P. 171270.

12. Kittel C. Theory of the Structure of Ferromagnetic Domain in Films and Small Particles / C. Kittel // The Physical Review. - 1946. - Vol. 70, № 11. -12. - P. 965-971.

13. Neel L. Le champ coercitif d'une pondre ferromagnetique cubique a juin grains anisotropes / L. Neel // Academia des science. Comptes rendus. - 1947. - Vol. 224, № 22. - P. 1550 - 1551.

14. Neel L. Proprietes d'une pondre ferromagnetique cubique a grains fines / L. Neel // Academia des science. Comptes rendus. - 1947. -Vol. 224, № 21. - P. 14881492.

15. Stoner E. C. A Mechanism of Magnetic Hysteresis in Heterogeneous Alloys / E. C. Stoner, E. P. Wohlfarth // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. - 1949. - Vol. 240, № 826. - P. 599-642.

16. Pimenta P. H. N. Magnetic field effects on the surfactant concentration over ferrofluid droplet surfaces in shear flows / P. H. N. Pimenta, R. B. Rebouças, T. F. Oliveira // Journal of Colloid and Interface Science. - 2024. - Vol. 662. - P. 438-445.

17. Magnetorheological fluids: A concise review of composition, physicochemical properties, and models / M. Osial, A. Pregowska, M. Warczak, M. Giersig // Journal of Intelligent Material Systems and Structures. - 2023. - Vol. 34, № 16. - P. 1864-1884.

18. Бибик Е. Е. Влияние взаимодействия частиц на свойства феррожидкостей / Е. Е. Бибик // Физические свойства магнитных жидкостей. -Свердловск : УНЦ АН СССР, 1983. - С. 3-21.

19. Approaches on ferrofluid synthesis and applications: current status and future perspectives / O. Oehlsen, S. I. Cervantes-Ramírez, P. Cervantes-Avilés, I. A. Medina-Velo // ACS omega. - 2022. - Vol. 7, № 4. - P. 3134-3150.

20. Wang Z. Molecular dynamics study on the equilibrium magnetization properties and structure of ferrofluids / Z. Wang, C. Holm, H. W. Müller // Physical Review E. - 2002. - Vol. 66, № 2. - P. 021405.

21. Multicore-based ferrofluids in zero field: initial magnetic susceptibility and self-assembly mechanisms / A. A. Kuznetsov, E. V. Novak, E. S. Pyanzina, S. S. Kantorovich // Soft Matter. - 2023. - Vol. 19, № 24. - P. 4549-4561.

22. Holmes M. A study of Curie-Weiss behaviour in ferrofluids / M. Holmes, K. O'Grady, J. Popplewell // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 1990. - Vol. 85, № 1-3. - P. 47-50.

23. Лебедев А. В. Экспериментальное исследование температурной зависимости намагниченности феррожидкости / А. В. Лебедев // Структурные свойства и гидродинамика магнитных коллоидов. - Свердловск : УНЦ АН СССР, 1986. - С. 22-24.

24. Wertheim M. S. Exact solution of the mean spherical model for fluids of hard spheres with permanent electric dipole moments / M. S. Wertheim // The Journal of Chemical Physics. - 1971. - Vol. 55, № 9. - P. 4291-4298.

25. Морозов К. И. Термодинамика магнитных жидкостей / К. И. Морозов // Известия АН СССР. Серия физическая. - 1987. - Т. 51, № 6. - С. 1073-1080.

26. Morozov K. I. The effect of magneto-dipole interactions on the magnetization curves of ferrocolloids / K. I. Morozov, A. V. Lebedev // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 1990. - Vol. 85, № 1-3. - P. 51-53.

27. Морозов К. И. Статистическая термодинамика магнитных дисперсных сред : дис. ... д-ра физ.-мат. наук : 01.04.07 / Морозов Константин Иванович ; УрО РАН. Ин-т механики и сплош. Сред. - Пермь, 2004. - 259 с.

28. Pshenichnikov A. F. Magneto-granulometric analysis of concentrated ferrocolloids / A. F. Pshenichnikov, V. V. Mekhonoshin, A. V. Lebedev // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 1996. - Vol. 161. - P. 94-102.

29. Magnetic measurements as a key to the particle size distribution in ferrofluids: experiment, theory and computer simulations / A. O. Ivanov, S. S.

Kantorovich, E. N. Reznikov, C. Holm [et al.] // Magnetohydrodynamics. - 2007. - Vol. 43, № 4. - P. 393-399.

30. Ivanov A. O. Magnetic properties of dense ferrofluids: An influence of interparticle correlations / A. O. Ivanov, O. B. Kuznetsova // Physical Review E. - 2001. - Vol. 64, № 4. - P. 041405.

31. Стороженко А. М. Некоторые акустические свойства нанодисперсных магнитных жидкостей / А. М. Стороженко, А. О. Танцюра, И. А. Шабанова // Физика и технология наноматериалов и структур : сб. науч. тр. 3-й Междунар. науч.-практ. конф. - Курск : ЗАО «Университетская книга», - 2017. - С. 171-177.

32. Полунин, В. М. Некоторые особенности акустомагнитного эффекта в магнитной жидкости / В. М. Полунин, Г. В. Карпова, В. М. Пауков, А. А. Родионова, П. А. Ряполов // 13-я Международной Плесская научная конференция по нанодисперсным магнитным жидкостям : сборник научных трудов конференции, Плес, 9-12 сентября 2008 года. - Иваново. Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина, 2008. - С. 94-99.

33. Шабанова И. А. К вопросу о физической сущности акустомагнитного эффекта в нанодисперсной магнитной жидкости / И. А. Шабанова, А. М. Стороженко // Наука - образованию, производству, экономике : материалы 14-й Междунар. науч.-техн. конф. - Минск : БНТУ, 2016. - Т. 1. - С. 207.

34. Кристиан Г. Г. В. Разработка элемента на микроконтроллере для регистрации акустических колебаний / Г. Г. В. Кристиан, И. А., Шабанова, А. М. Стороженко // Современные материалы, техника и технологии. - 2017. - № 7. - С. 43-47.

35. Ерин К. В. Оптические свойства магнитных жидкостей на основе керосина / К. В. Ерин, А. А. Порублев // Физико-химические и прикладные проблемы магнитных дисперсных наносистем. - 2015. - С. 79-85.

36. Полунин В. М. Новый метод исследования, основанный на использовании эффекта магнитной левитации / В. М. Полунин, М. Т. Мьо, М. Л. Боев // Ультразвук и термодинамические свойства вещества. - 2012. - № 38. - С. 77-82.

37. Harvey Jr E. N. Effect of magnetic fields on the rheology of ferromagnetic dispersions / E. N. Harvey Jr // Journal of Colloid Science. - 1953. - Vol. 8, № 5. - P. 543-547.

38. Бузмаков В. М. О концентрационной зависимости вязкости магнитных жидкостей / В. М. Бузмаков, А. Ф. Пшеничников // Магнитная гидродинамика. -1991. - Т. 27, № 1. - С. 18-22.

39. Шлиомис М. И. К гидродинамике жидкости с внутренним вращением / М. И. Шлиомис // Журнал экспериментальной и теоретической физики. - 1966. -Т. 51, № 1. - С. 258.

40. Odenbach S. Taylor vortex flow of magnetic fluids under the influence of an azimuthal magnetic field / S. Odenbach, H. Gilly // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 1996. - Vol. 152, № 1-2. - P. 123-128.

41. Ambacher O. Rotational viscosity in ferrofluids / O. Ambacher, S. Odenbach, K. Stierstadt // Zeitschrift für Physik B Condensed Matter. - 1992. - Vol. 86, № 1. - P. 29-32.

42. Recent advances in manipulation of micro- and nano-objects with magnetic fields at small scales / Q. Cao, Q. Fan, Q. Chen, C. Liu, [et al.] // Materials Horizons. -2020. - Vol. 7, № 3. - P. 638-666.

43. Cao Q. Configurations and control of magnetic fields for manipulating magnetic particles in microfluidic applications: magnet systems and manipulation mechanisms / Q. Cao, X. Han, L. Li // Lab on a Chip. - 2014. - Vol. 14, № 15. - P. 27622777.

44. Droplet-based microfluidics in biomedical applications / L. Amirifar, M. Besanjideh, R. Nasiri, A. Shamloo, [et al.] // Biofabrication. - 2022. - Vol. 14. - №. 2. -P. 022001.

45. Non-contact manipulation of nonmagnetic materials by using a uniform magnetic field: Experiment and simulation / X. Li, P. Yu, X. Niu, H. Yamaguchi, [et al.] // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2020. - Vol. 497. - P. 165957.

46. Krakov M. S. Fall and breakup of miscible magnetic fluid drops in a Hele -Shaw cell / M. S. Krakov, A. V. Chernyshov, A. R Zakinyan // Physics of Fluids. - 2025.

- Vol. 37, №. 3. - P. 033301.

47. Manipulating three-dimensional magnetic particles motion in a rotating magnetic field / J. Ku, J. Yan, J. Xia, Z. Wang, [et al.] // Powder Technology. - 2025. -Vol. 449. - P. 120391.

48. Microfluidic Nanoparticle Separation for Precision Medicine / Z. Lan, R. Chen, D. Zou, C. X. Zhao // Advanced Science. - 2025. - Vol. 12, №. 4. - P. 2411278.

49. Label-free manipulation via the magneto-Archimedes effect: fundamentals, methodology and applications / Q. H. Gao, W. M. Zhang, H. X. Zou, W. B. Li [et al.] // Materials Horizons. - 2019. - Vol. 6, № 7. - P. 1359-1379.

50. Mass Transport and Energy Conversion of Magnetic Nanofluids from Nanoparticles' Movement and Liquid Manipulation / F. Xu, Y. Cao, H. Gong, J. Li [et al.] // Processes. - 2024. - Vol. 12, №. 5. - P. 955.

51. Bohara R. A. Role of functionalization: Strategies to explore potential nano-bio applications of magnetic nanoparticles / R. A. Bohara, N. D., Thorat, S. H. Pawar // RSC Advances. - 2016. - Vol. 6, № 50. - P. 43989-44012.

52. Label-free microfluidic manipulation of particles and cells in magnetic liquids / W. Zhao, R. Cheng, J. R. Miller, L. Mao // Advanced Functional Materials. -2016. - Vol. 26, № 22. - P. 3916-3932.

53. Brown P. Magnetic surfactants / P. Brown, T. A. Hatton, J. Eastoe // Current Opinion in Colloid & Interface Science. - 2015. - Vol. 20, № 3. - P. 140-150.

54. Delivering active molecules to the eye; the concept of electrospinning as potent tool for drug delivery systems / P. I. Siafaka, E. O. Bulbul, A. N. Miliotou, I. D. Karantas [et al.] // Journal of Drug Delivery Science and Technology. - 2023. - Vol. 80.

- P. 104565.

55. Reconfigurable ferromagnetic liquid droplets / X. Liu, N. Kent, A. Ceballos, R. Streubel [et al.] // Science. - 2019. - Vol. 365, № 6450. - P. 264-267.

56. Magnetic surfactants: A review of recent progress in synthesis and applications / F. Shehzad, S. M. S. Hussain, A. A. Adewunmi, A. Mahboob [et al.] // Advances in Colloid and Interface Science. - 2021. - Vol. 293. - P. 102441.

57. Review of the impact of the external magnetic field on the characteristics of magnetic nanofluids / M. M. Selim, S. El-Safty, A. Tounsi, M. Shenashen // Alexandria Engineering Journal. - 2023. - Vol. 76. - P. 75-89.

58. Assembly and manipulation of responsive and flexible colloidal structures by magnetic and capillary interactions / A. Basu, L. B. Okello, N. Castellanos, S. Roh [et al.] // Soft Matter. - 2023. - Vol. 19, № 14. - P. 2466-2485.

59. Oil-water emulsion formation - an overview / A. Farhan, E. U. Rashid, S. Nawaz, H. Ahmad [et al.] // Nanotechnology for Oil-Water Separation. - 2024. - P. 124.

60. Chrisman E. Crude oil emulsion-composition stability and characterization / E. Chrisman, V. Lima, P. Menechini // InTech Janeza Trdine. - 2021. - Vol. 9, №2 51000.

- P. 1-240.

61. He X. A review of high internal phase Pickering emulsions: Stabilization, rheology, and 3D printing application / X. He, Q. Lu // Advances in Colloid and Interface Science. - 2024. - Vol. 324. - P. 103086.

62. Nour A. H. Emulsion types, stability mechanisms and rheology: A review / A. H. Nour // International Journal of Innovative Research and Scientific Studies. - 2018.

- Vol. 1, № 1. - P. 14-21.

63. Ferrofluid double emulsion generation and manipulation under magnetic fields / X. Huang, M. Saadat, M. A. Bijarchi, M. B. Shafii // Chemical Engineering Science. - 2023. - Vol. 270. - P. 118519.

64. Synthesis and characterization of silica-coated oil-in-water (O/W) magnetic emulsion / E. Elkalla, S. Khizar, Z. Ait-Touchente, N. Lebaz, // Emergent Materials. -2023. - Vol. 6, № 6. - P. 2027-2039.

65. Bratukhin Yu. K. Motion of a deformable droplet of magnetic fluid in a rotating magnetic field / Yu. K. Bratukhin, A. V. Lebedev, A. F. Pshenichnikov // Fluid Dynamics. - 2000. - Vol. 35, № 1. - P. 17-23.

66. Ivanov A. S. Magnetostatic buoyancy force acting on a non-magnetic sphere immersed in a ferrofluid magnetized by a gradient field / A. S. Ivanov A. F. Pshenichnikov // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2023. - Vol. 565. - P. 170294.

67. Lebedev A. V. Dynamics of a drop of magnetic liquid in a rotating magnetic field / A. V. Lebedev, K. I. Morozov // Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters. - 1997. - Vol. 65. - P. 160-165.

68. Morozov K. I. Bifurcations of the shape of a magnetic fluid droplet in a rotating magnetic field / K. I. Morozov, A. V. Lebedev // Journal of Experimental and Theoretical Physics. - 2000. - Vol. 91. - P. 1029-1032.

69. Чеканов В. В. Экспериментальное наблюдение изменения коэффициента отражения света от поверхности раздела сред "вода-магнитная жидкость" в электрическом поле, волновое движение и неустойчивость поверхности / В. В. Чеканов, Н. В. Кандаурова, В. С. Чеканов // Журнал технической физики. - 2014. - Т. 84, № 9. - С. 26-31.

70. The Influence of Magnetic Fields on Electrophoretic Processes in Magnetic Colloids with Different Stabilization Mechanisms / Y. I. Dikansky, A. S. Drozdov, I. V. Eskova, E. S. Beketova // Magnetochemistry. - 2023. - Vol. 9, № 9. - P. 207.

71. Erin K. V. Light diffraction and attenuation in magnetic emulsions with low interfacial tension / K. V. Erin, S. S. Belykh. // Colloid Journal. - 2022. - Vol. 84, № 3. - P. 287-296.

72. Диканский Ю. И. Электрические свойства эмульсий с магнитной жидкостью в качестве дисперсионной среды / Ю. И. Диканский, М. А. Беджанян, В. В. Киселев // Коллоидный журнал. - 2002. - Т. 64, № 1. - С. 34-38.

73. Zakinyan, A. Electrical properties of chain microstructure magnetic emulsions in magnetic field / A. Zakinyan, Y. Dikansky, M. Bedzhanyan // Journal of Dispersion Science and Technology. - 2014. - Vol. 35. - P. 111-119.

74. Ерин К. В. Определение подвижности коллоидных частиц магнетита в жидких диэлектриках электрооптическим методом / К. В. Ерин // Коллоидный журнал. - 2010. - Т. 72, № 4. - С. 481-485.

75. Белых С. С. Оптический эффект в магнитных эмульсиях при воздействии магнитного поля / С. С. Белых, К. В. Ерин // Оптика и спектроскопия. -2021. -Т. 129, № 9. - С. 1166-1172.

76. Magnetic-field-induced nonequilibrium structures in a ferrofluid emulsion / G. A. Flores, J. Liu, M. Mohebi, N. Jamasbi // Physical Review E. - 1999. - Vol. 59, № 1. - P. 751-758.

77. Wu K. T. Dynamic structure study of FeaO4 ferrofluid emulsion in magnetic field / K. T. Wu, Y. D. Yao // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 1999. -Vol. 201. - P. 186-190.

78. Effects of external magnetic fields on the rheology and magnetization of dilute emulsions of ferrofluid droplets in shear flows / L. H. P. Cunha, I. R. Siqueira, F. R. Cunha, T. F. Oliveira // Physics of Fluids. - 2020. - Vol. 32, № 7. - P. 072005.

79. Suslov S. A. Peculiarities of Convective Heat and Mass Transfer in Magnetic Nanofluids / S. A. Suslov // ASME Journal of Heat and Mass Transfer. - 2023. - Vol. 145, № 3. - P. 030801.

80. Ince O. D. MagSity Platform: A Hybrid Magnetic Levitation-Based Lensless Holographic Microscope Platform for Liquid Density and Viscosity Measurements / O. D. Ince, H. C. Tekin // Lab on a Chip. - 2025.

81. Label-free manipulation via the magneto-Archimedes effect: fundamentals, methodology and applications / Q. H. Gao, W. M. Zhang, H. X. Zou, W. B. Li, [et al.] // Materials Horizons. - 2019. - Vol. 6, №7. - P. 1359-1379

82. Research Advances in Magnetophoretic Separation: Fundamentals and Methodologies / L. Shao, Z. Feng, Q. Du, G. Zou, [et al.] // Separation & Purification Reviews. - 2025. - P. 1-16.

83. Kazakov Y. B. Calculation of the performance of the electromagnetic magnetic fluid separator non-magnetic materials / Y. B. Kazakov, V. A. Filippov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2020. - Vol. 950. - P. 012003.

84. Magnetic levitation using diamagnetism: Mechanism, applications and prospects / Q. Gao, H. Yan, H. Zou, W. Li [et al.] // Science China Technological Sciences. - 2021. - Vol. 64, № 1. - P. 44-58.

85. Kuwahara T. Bubble velocity measurement using magnetic fluid and electromagnetic induction / T. Kuwahara, F. De Vuyst, H. Yamaguchi // Physics of Fluids. - 2009. - Vol. 21, № 9. - P. 091108.

86. Sun R. Study on single bubble in acceleration sensor with magnetic fluid / R. Sun, D. Li // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2020. - Vol. 497. - P. 165960.

87. Bashtovoi V. Instabilities of bubbles and droplets flows in magnetic fluids / V. Bashtovoi, M. Kovalev, A. Reks // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. -2005. - Vol. 289. - P. 350-352.

88. Axial-Circular Magnetic Levitation: A Three-Dimensional Density Measurement and Manipulation Approach / C. Zhang, P. Zhao, F. Gu, X. Zhang // Analytical Chemistry. - 2020. - Vol. 92, № 4. - P. 3189-3197.

89. Droplet-based microfluidics / T. Moragues, D. Arguijo, T. Beneyton, C. Modavi [et al.] // Nature Reviews Methods Primers. - 2023. - Vol. 3, № 1. - P. 32.

90. Droplet dispensing in digital microfluidic devices: Assessment of long-term reproducibility / K. S. Elvira, R. Leatherbarrow, J. Edel, A. Demello // Biomicrofluidics. - 2012. - Vol. 6, №. 2. - P. 022003.

91. Challenge of material haemocompatibility for microfluidic blood-contacting applications / G. Newman, A. Leclerc, W. Arditi, S. T. Calzuola [et al.] // Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. - 2023. - Vol. 11. - P. 1125427.

92. Measuring cell deformation by microfluidics / L. An, F. Ji, E. Zhao, Y. Liu, [et al.] // Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. - 2023. - Vol. 11. - P. 1124532.

93. Das S. Advancements in microfluidic droplet generation: methods and insights / S. Das, H. N. Unni // Microfluidics and Nanofluidics. - 2025. - P. 29, №. 4. -P. 24.

94. Flexible droplet microfluidic devices for tuneable droplet generation / U. Roshan, Y. Dai, A. S. Yadav, S. Hettiarachchi, [et al.] // Sensors and Actuators B: Chemical. - 2025. - Vol. 422. - P. 136617.

95. Rahimi M. Effect of device geometry on droplet size in co-axial flow-focusing microfluidic droplet generation devices / M. Rahimi, A. S. Khorrami, P. Rezai

// Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. — 2019. — Vol. 570. — P. 510—517.

96. Su W. et al. Fabrication of monodisperse droplets and microcapsules using microfluidic chips: a review of methodologies and applications / W. Su, B. Han, S. Yeboah, D. Du, [et al.] // Reviews in Chemical Engineering. — 2024. — P. 40, №. 3. — P. 401—434.

97. Raynaldo K. Microchannel-based Droplet Generation Using Multiphase Flow: A Review / K. Raynaldo, Y. Whulanza, R. Irwansyah // Journal of Physics: Conference Series. — IOP Publishing, 2024. — Vol. 2739, №. 1. — P. 012014.

9S. Droplet-based microfluidics for drug delivery applications / R. Fan, J. Wu, S. Duan, L. Jin, [et al.] // International Journal of Pharmaceutics. — 2024. — P. 124551.

99. A perspective review of droplets and bubbles formation in microfluidics / W. Han, X. Wang, Y. Liu, C. Bai, [et al.] // Microgravity Science and Technology. — 2024.

— Vol. 36, №. 3. — P. 35.

100. Microfluidic magnetic detection system combined with a DNA frameworkmediated immune-sandwich assay for rapid and sensitive detection of tumor-derived exosomes / Q. Qian, Y. Wei, Y. Xu, M. Zheng, [et al.] // Microsystems & Nanoengineering. — 2023. — Vol. 9, № 1. — P. 139.

101. Rosensweig R. E. Ferrohydrodynamics / R. E. Rosensweig. — Courier Corporation, 2013. — P. 4б-50.

102. Krakov M. S. Instability of the miscible magnetic/non-magnetic fluid interface / M. S. Krakov, A. R. Zakinyan, A. A. Zakinyan // Journal of Fluid Mechanics.

— 2021. — Vol. 913. — P. A30.

103. Ferrofluids and magnetism in the oil industry: Theories, challenges, and current applications—A comprehensive review / M. D. Contreras-Mateus, A. Chaves-Guerrero, F. H. Sánchez, N. N. Nassar // Physics of Fluids. — 2024. — Vol. 36, №. 12. — P. 121302.

104. Analysis of the ferrofluid microstructure based on the static magnetic measurements / S. A. Sokolsky, A. Y. Solovyova, V. S. Zverev, [et al.] // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. — 2021. — Vol. 537. — P. 16S169.

105. Dev A. A. Ultra-Soft Liquid-Ferrofluid Interfaces / A. A. Dev, T. M. Hermans, B. Doudin // Advanced Functional Materials. - 2024. - Vol. 34, №. 48. - P. 2411811.

106. Ivanov A. S. Floating of solid non-magnetic bodies in magnetic fluids: Comprehensive analysis in the framework of inductive approach / A. S. Ivanov, Pshenichnikov A. F., Khokhryakova C. A. // Physics of Fluids. - 2020. - Vol. 32, №. 11. - P. 112007.

107. Structured media based on magnetic colloids as a promising material for magnetically controllable optical elements / A. A. Zakinyan, S. S. Belykh, A. R. Zakinyan, K. V. Yerin // Journal of Optical Technology. - 2021. - Vol. 88, №. 3. - P. 158-165.

108. Instability of the flow of a magnetic liquid pushing down an air cavity / M. L. Boev, V. M. Polunin, P. A. Ryapolov, V. G. Bashtovoi, [et al.] // Russian Physics Journal. - 2015. - Vol. 57. - P. 1348-1355.

109. Dynamic behavior of floating ferrofluid droplet through an orifice with a magnetic field / Z. Jinxiang, L. Yang, Y. Wang, X. Niu, [et al.] // Computers & Fluids. -2024. - Vol. 279. - P. 106341.

110. Kawabata Y. Deformation and breakup of a ferrofluid droplet in shear flow under magnetic field / Y. Kawabata, S. Ishida, Y. Imai // Physics of Fluids. - 2024. - P. 36, №. 3. - P. 033353.

111. Lee C. P. Fabrication of two-dimensional ferrofluid microdroplet lattices in a microfluidic channel / C. P. Lee, T. S. Lan, M. F. Lai // Journal of Applied Physics. -2014. - Vol. 115, № 17. - P. 17B530.

112. Magnetically controllable generation of ferrofluid droplets / Q. Yan, S. Xuan, X. Ruan, J. Wu [et al.] // Microfluidics and Nanofluidics. - 2015. - Vol. 19. - P. 1377-1384.

113. Jain S. K. Coflowing aqueous and oil-based ferrofluid streams exposed to a magnetic field / S. K. Jain, A. K. Sen // Soft Matter. - 2024. - Vol. 20, №. 32. - P. 64316439.

114. Analysis of magnetic field-induced breakup of ferrofluid droplets in a symmetric Y-junction microchannel / P. Naseri, S. M. Seyyedi, M. Hashemi-Tilehnoee, A. S. Naeimi // Scientific Reports. - 2024. - Vol. 14, №. 1. - P. 23763.

115. Ferrofluid droplet formation and breakup dynamics in a microfluidic flow-focusing device / Y. Wu, T. Fu, Y. Ma, H. Z. Li // Soft Matter. - 2013. - Vol. 9, № 41. -P. 9792-9798.

116. Zhu P. Passive and active droplet generation with microfluidics: a review / P. Zhu, L. Wang // Lab on a Chip. - 2017. - Vol. 17, № 1. - P. 34-75.

117. Microfluidics based magnetophoresis: A review / F. Alnaimat, S. Dagher, B. Mathew, A. Hilal-Alnqbi // The Chemical Record. - 2018. - Vol. 18, № 11. - P. 15961612.

118. Flexible ferrofluids: Design and applications / X. Zhang, L. Sun, Y. Yu, Y. Zhao // Advanced Materials. - 2019. - Vol. 31, № 51. - P. 1903497.

119. Al-Hetlani E. Continuous magnetic droplets and microfluidics: generation, manipulation, synthesis and detection / E. Al-Hetlani, M. O. Amin // Microchimica Acta.

- 2019. - Vol. 186, № 4. - P. 255.

120. Ferromagnetic liquid droplets with adjustable magnetic properties / X. Wu, R. Streubel, X. Liu, P. Y. Kim, [et al.] // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2021. - Vol. 118, № 8. - P. e2017355118.

121. Active droplet generation in microfluidics / Z. Z. Chong, S. H. Tan, A. M. Gañán-Calvo, S. B. Tor, [et al.] // Lab on a Chip. - 2016. - Vol. 16, № 1. - P. 35-58.

122. Zhou Y. Diamagnetic particle separation by shape in ferrofluids / Y. Zhou, X. Xuan // Applied Physics Letters. - 2016. - Vol. 109, № 10. - P. 102405.

123. Study on nonlinear magnetic droplets in a flow-focusing generator / J. Wu, L. Pei, X. He, Y. Cui, [et al.] // Applied Physics Letters. - 2019. - Vol. 115, № 3. - P. 033701.

124. Vladisavljevic G. T., Microfluidic production of multiple emulsions / G. T. Vladisavljevic, R. Al. Nuumani, S. A. Nabavi // Micromachines. - 2017. - Vol. 8, №. 3.

- P. 75.

125. Generation, manipulation, detection and biomedical applications of magnetic droplets in microfluidic chips / C. Xu, H. Shi, Z. Tan, Y. Zheng, [et al.] // Analyst. - 2024. - P. 149, №. 23. - P. 5591-5616.

126. Magnetic Fluids: The Interaction between the Microstructure, Macroscopic Properties, and Dynamics under Different Combinations of External Influences / P. Ryapolov, A. Vasilyeva, D. Kalyuzhnaya, A. Churaev, [et al.] // Nanomaterials. - 2024. - Vol. 14, № 2. - P. 222.

127. Баранов Д. А. Магнитные наночастицы: достижения и проблемы химического синтеза / Д. А. Баранов, С. П. Губин // Радиоэлектроника, Наносистемы, Информационные технологии. - 2009. - Т. 1, № 12. - С. 129-147.

128. Такетоми С. Магнитные жидкости. Пер. с англ. / С. Такетоми, С. Тикадзуми. Под ред. В. Е. Фертмана. - Москва : Мир, 1993. - C. 69-94.

129. Орлов Д. В. Магнитные жидкости в машиностроении / Д. В. Орлов, Ю. О. Михалёв, А. П. Сизов // Машиностроение. - 1993. - C. 166-242

130. Фертман В. Е. Магнитные жидкости / В. Е. Фертман. - Минск : Высш. школа, 1978. - C. 208.

131. Берковский Б. М. Магнитные жидкости / Б.М. Берковский, В. Ф. Медведев, М.С. Краков. - Москва : Химия, 1989. - 240 c.

132. Elmore W. C. Ferromagnetic colloid for studying magnetic structures / W. C. Elmore // Physical Review. - 1938. - Vol. 54, № 4. - P. 309-310.

133. Контарев А. В. Применение магнитных жидкостей / А. В. Контарев // Успехи современного естествознания. - 2012. - № 10. - С. 67-70.

134. Боев М. Л. Физические механизмы захвата и дробления воздушной полости в магнитной жидкости в набегающем магнитном поле: дис. ... канд. физ.-мат. Наук : 01.04.07 / Боев Максим Леонидович ; науч. рук. В. М. Полунин ; Юго -Западный государственный университет. - Курск, 2013. - 121 с.

135. Полунин В. М. Акустические свойства нанодисперсных магнитных жидкостей / В. М. Полунин. - Москва : ФИЗМАТЛИТ, 2012. - 384 с.

136. Formation and Behaviour of Active Droplets and Bubbles in a Magnetic Fluid in an Inhomogeneous Magnetic Field / E. Sokolov, D. Kaluzhnaya, E. Shel'deshova, P. Ryapolov // Fluids. - 2023. - Vol. 8, №. 1. - P. 2.

137. Зоммерфельд А. Электродинамика / А. Зоммерфельд. - М.: Изд-во иностр. лит., 1958. - 501 с.

138. Ряполов П. А. Влияние конфигурации магнитного поля на отрыв газовых пузырьков в магнитной жидкости / П. А. Ряполов, Е. А. Соколов, Д. А. Калюжная // Известия Российской академии наук. Серия физическая. - 2023. - Т. 87, № 3. - С. 348-352.

139. Иванов И. С. Гидродинамика капельных агрегатов и немагнитных тел, погруженных в магнитную жидкость : дис. ... д-ра физ.-мат. наук : 1.1.9 / Иванов Алексей Сергеевич; ИМСС УрО РАН. Ин-т механики и сплош. Сред. - Пермь, 2023. - 282 с.

140. Ryapolov P. A. Behavior of a gas bubble separating from a cavity formed in magnetic fluid in an inhomogeneous magnetic field / P. A. Ryapolov, E. A. Sokolov, E. B. Postnikov // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2022. - Vol. 549. - P. 169067.

141. Соколов Е. А. Поведение дисперсных сред на магнитожидкостной основе в неоднородных магнитных полях / Е. А. Соколов, П. А. Ряполов // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. -2025. - Т. 15, № 1. - С. 177-193.

142. Behavior of Bubbles and Droplets in Magnetic Fluid: Comparison of Experiment and Modeling / E. A. Sokolov, D. A. Kalyuzhnaya, P. A. Ryapolov // Proceedings of the 2025 Conference of Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (2025 ElCon): St. Petersburg, Russia, January 28 - 29, 2025. St. Petersburg, Russia, Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI", 2025, P. 1214-1217.

143. Sokolov E. Behavior of "Non-Magnetic Liquid-Magnetic Fluid" Emulsions in Microchannels Under the Influence of an Inhomogeneous Magnetic Field / E. Sokolov, D. Kalyuzhnaya, P. Ryapolov // IEEE Transactions on Magnetics. - 2025. -AN10900568.

144. Соколов Е. А. Поведение немагнитных включений в канале с магнитной жидкостью в неоднородном магнитном поле / Е. А. Соколов, П. А. Ряполов, Д. А. Калюжная // Актуальные вопросы науки, нанотехнологий, производства : сборник научных статей 2-й Международной научно-практической конференции, Курск, 09 декабря 2022 года. - Курск: Юго-Западный государственный университет, 2022. - С. 341-44.

145. Микрофлюидные устройства со встроенными управляемыми источниками магнитного поля / Е. А. Соколов, Д. А. Калюжная, А. О. Васильева, П. А. Ряполов // XX юбилейная Всероссийская с международным участием Плесская научная конференция по нанодисперсным магнитным жидкостям : Сборник научных трудов, Плес, 01-30 сентября 2022 года. - Иваново: Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина, 2022. - С. 264-272.

146. Dynamics of nonmagnetic drops and gas bubbles in a microchannel with a magnetic fluid in an inhomogeneous magnetic field / E.A. Sokolov, D.A. Kalyuzhnaya, A.O. Vasilyeva, P.A. Ryapolov // Euro - Asian Symposium «Trends in Magnetism»: EASTMAG - 2022, 2022. - P. 408

147. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2 2019663759 Российская Федерация. Программа для исследования динамики газожидкостных систем в плоском канале : № 2019662610 : заявл. 16.10.2019 : опубл. 23.10.2019 / П. А. Ряполов, Е. А. Соколов, Д. А. Калюжная, А. О. Васильева ; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Юго-Западный государственный университет» (ЮЗГУ).

148. Патент № 2781371 C1 Российская Федерация, МПК G01F 11/00. Управляемый микродозатор для жидких и газообразных немагнитных сред : № 2022103627 : заявл. 14.02.2022 : опубл. 11.10.2022 / П. А. Ряполов, Е. А. Соколов, А. О. Васильева [и др.]; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Юго-Западный государственный университет» (ЮЗГУ).

149. Pohl H. A. Some effects of nonuniform fields on dielectrics / H. A. Pohl // Journal of Applied Physics. - 1958. - Vol. 29, № 8. - P. 1182-1188.

150. Вислович А. Н. Феноменологическое уравнение статического намагничивания магнитных жидкостей / А. Н. Вислович // Магнитная гидродинамика. - 1990. - №. 2. - С. 54.

151. Meeker D. Improvised open boundary conditions for magnetic finite elements / D. Meeker // IEEE Transactions on Magnetics. - 2013. - Vol. 49, № 10. - P. 5243-5247

152. Srinivasan G. J. Liquid drops in rise against gravity through a viscous medium: Drag force by the method of dimensions and comparison with liquid drops in fall under gravity / G. J. Srinivasan, P. Satyanarayana, G. Thirunavukkarasu // Current Science. - 1996. - Vol. 71, № 12. - P. 989-995.

153. Srinivasan G. J. Fall of liquid drops through a viscous medium: A fresh expression for drag force by the method of dimensions / G. J. Srinivasan, P. Satyanarayana // Current Science. - 1995. - Vol. 69, № 7. - P. 534-537.

154. Динамика всплывающих капель магнитной жидкости в глицерине в плоском канале под воздействием магнитного поля / Е. А. Соколов, Д. А. Калюжная, А. А. Прибылов, [и др.] // Известия Российской академии наук. Серия физическая. - 2024. - Т. 88, № 10. - С. 1639-1643.

155. Dynamics of the Shape of Magnetic Fluid Droplets Under the Influence of a Magnetic Field: Experiment and Lattice Boltzmann Simulation / E. Sokolov, D. Kalyuzhnaya, A. Pribylov, G. Zhukov, [et al] // in IEEE Transactions on Magnetics. -2024.- Vol. 60, № 9, P. 1-4.

156. Соколов, Е. А. Поведение капель магнитной жидкости под воздействием внешнего магнитного поля / Е. А. Соколов, Д. А. Калюжная // Актуальные вопросы науки, нанотехнологий, производства : Сборник научных статей 3-й Международной научно-практической конференции, Курск, 14 декабря 2023 года. - Курск: ЗАО "Университетская книга", 2023. - С. 202-205.

157. Динамика всплывающих капель магнитной жидкости в глицерине в плоском канале под воздействием магнитного поля / Е. А. Соколов, Д. А. Калюжная, А. А. Прибылов, [и др.] // Сборник научных трудов VIII Ставропольской международной конференции по магнитным коллоидам

ISCMC2023, Ставрополь, 10-14 сентября 2023 года. - Ставрополь: СевероКавказский федеральный университет, 2023. - С. 108-111.

158. Соколов Е. А. Динамика капель магнитной жидкости в глицерине под действием магнитного поля / Е. А. Соколов, Д. А. Калюжная, П. А. Ряполов // Необратимые процессы в природе и технике : Сборник статей XIII Всероссийской конференции. В 2-х томах, Москва, 28-30 января 2025 года. - Москва: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2025. - С. 220-223.

159. Dynamics of the Shape of Magnetic Fluid Droplets Under the Influence of a Magnetic Field: Experiment and Lattice Boltzmann Simulation / E. Sokolov, D. Kalyuzhnaya, A. Pribylov, [et al.] // IEEE International Magnetics Conference, Rio de Janeiro, Brasil, 1-4 Sept 2024. - P. 35.

160. A mass-conserving multiphase lattice Boltzmann model for simulation of multiphase flows / X. D. Niu, Y. Li, Y. R. Ma et al. // Physics of Fluids. - 2018. - Vol. 306, №. 1. - P. 013302.

161. Динамика активных пузырьков в магнитной жидкости в неоднородном магнитном поле / Е. А. Соколов, Д. А. Калюжная, А. Г. Рекс, [и др.] // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. -2023. - Т. 13, № 1. - С. 102-119.

162. Магнитоактивные эмульсии на основе магнитных жидкостей в микрофлюидных чипах / П. А. Ряполов, Е. А. Соколов, Д. А. Калюжная, Е. В. Шельдешова // XXI Всероссийская с международным участием Плесская научная конференция по нанодисперсным магнитным жидкостям : Сборник научных трудов конференции, Плес, 10-13 сентября 2024 года. - Иваново: Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина, 2024. - С. 144-148.

163. Ryapolov P. Hydrodynamics of composite magnetic fluid systems in microfluidic chips of various configurations under the influence of a magnetic field / P. Ryapolova, Е. Sokolov, D. Kaluzhnaya // V International Baltic Conference on Magnetism IBCM, 2023. - P. 63.