Study of the thermodynamical, structural, optical and rheological properties of polydisperse ferrofluids and electrorheological fluids  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
61314
Type K
Principal investigator Szalai, István
Title in Hungarian Polidiszperz ferrokolloidok és elektroreológiai folyadékok termodinamikai, szerkezeti, optikai és reológiai tulajdonságainak kísérleti és elméleti vizsgálata
Title in English Study of the thermodynamical, structural, optical and rheological properties of polydisperse ferrofluids and electrorheological fluids
Keywords in Hungarian ferrokolloid, elektroreologiai folyadék, szimuláció, perturbációelmélet
Keywords in English ferrofluid, electrorheological fluid, simulation, perturbation theory
Discipline
Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences)90 %
Chemical Engineering (Council of Physical Sciences)5 %
Material Science and Technology (engineering and metallurgy) (Council of Physical Sciences)5 %
Panel Chemistry 1
Department or equivalent MTK Mechatronikai és Méréstechnikai Kutatócsoport (University of Pannonia)
Participants Boda, Dezső
Gábor, András
Gurin, Péter
Kristóf, Tamás
Starting date 2006-02-01
Closing date 2010-06-30
Funding (in million HUF) 9.040
FTE (full time equivalent) 3.50
state closed project
Summary in Hungarian
A projekt célja a mono és polidiszperz mágneses kolloidok és elektroreológiai fluidumok tömb- és határfázisbeli fizikai és fiziko-kémiai tulajdonságainak vizsgálata. Ezen tulajdonságok ismerete nélkülözhetetlen az új mesterséges anyagok konstrukciójához, azok szenzor- és méréstechnikai alkalmazásaihoz. Elméleti szempontból a ferrokolloidok és az elektroreológiai fluidumok tanulmányozása
hozzájárulhat a dipoláris fluidumok szerkezetének jobb megértéséhez.
A projekt főbb kutatási feladatait az alábbiak szerint foglaljuk össze:
a. Mono és polidiszperz inverz-magnetoreológiai fluidumok mágneses, dielektromos, optikai és reológiai
tulajdonságainak kísérleti és számítógépes szimulációs vizsgálata.
b. Kétkomponensű elektroreológiai folyadékok dielektromos és reológiai tulajdonságainak Monte Carlo (MC)
és molekuladinamikai (MD) szimulációja, elméleti és kísérleti vizsgálata.
c. Kétkomponensű, komponenseiben polidiszperz ferrokolloidok termodinamikai és szerkezeti
tulajdonságainak vizsgálata sűrűségfunkcionál-elméleti és szimulációs módszerekkel.
d. Ferrokolloidok és elektroreológiai folyadékok szerkezeti, termodinamikai és határfelületi tulajdonságainak
vizsgálata ún. „confined” geometriájú rendszerekben.
e. Ferrokolloid részecskék méreteloszlásának meghatározása a lineáris és a nem-lineáris mágneses
szuszceptibilitás mérése alapján.
Summary
The main object of this project is to study the bulk and interfacial physical and physico-chemical properties of mono- and polydisperse magnetic colloids and electrorheological fluids. The knowledge of this information is necessary to the construction of new materials and to the improvement of sensors and measurement methods. From a theoretical point of view, the investigation of ferrocolloids and electrorheological fluids could contribute to the better understanding of the structure of dipolar fluids.
The main points of our project are:
a. Experimental and computer simulation study of the magnetic, dielectric, optical and rheological properties
of mono- and polydisperse inverse-magnetorheological fluids.
b. Experimental, theoretical and computer simulation (MC, MD) study of dielectric and rheological properties
of two-component electrorheological fluids.
c. Density functional theory and computer simulation investigation of thermodynamical and structural
properties of two-component polydisperse ferrocolloids.
d. Thermodynamical and interfacial properties of ferrocolloids and electrorheological fluids in confined sytems.
e. Determination of the size distribution function of ferrofluid particles by using the linear and non-linear
magnetic susceptibility measurement method.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A dipoláris Yukawa fluidumok MSA elmélete alapján a külső térben vett szabadenergia funkcionál másodrendű Taylor sorfejtésével analitikus összefüggést vezettünk le a mágnesezettség külső térerősség függésére. Ezen eredmények alapján hasonló összefüggést írhattunk fel a polarizálhatóság elektromos térerősség függésére, amely alapján analitikus egyenleteket származtathattunk a molekuláris dipoláris fluidumok lineáris és nemlineáris dielektromos permittivitására. A kétdimenziós dipoláris korongok rendszerét Monte Carlo szimulációs és perturbációelméleti módszerekkel vizsgálva megállapítottuk, hogy a részecskék átmérőjének polidiszperzitása kis térerősségeknél növeli a fluidum mágnesezettségét. Monte Carlo szimulációs módszerekkel vizsgáltuk a mágneses kolloidok izochor és izobár hőkapacitásainak polidiszperzitás függését. A módosított átlagtér elméleten alapuló sűrűségfunkcionál elméleti módszert javasoltunk a Stockmayer fluidumok fázisegyensúlyainak confined rendszerekben történő vizsgálatára. Skálázási módszert vezettünk be a dipoláris fluidumok viszkozitásának számítására. Megmutattuk, hogy módszerünk egyaránt alkalmas molekuláris fluidumok és elektroreológiai folyadékok viszkozitásának számítására. Speciális rotációs viszkozimétert terveztük és építettünk elektroreológiai folyadékok reológiai tulajdonságainak meghatározására. Statikus fényszóráson alapuló készüléket építettünk elektroreológiai és magnetoreológiai folyadékokban képződő részecske láncok vizsgálatára.
Results in English
On the second-order Taylor series expansion of the free energy functional of the dipolar Yukawa fluids, within the mean spherical approximation we have derived an analytical expression for the magnetization of ferrofluids. Based on these results for the electric field dependence of the polarization analytical equation have been obtained for the linear and the nonlinear dielectric permittivities of dipolar fluids. The influence of polydispersity on the magnetization of two-dimensional dipolar discs with short-range repulsive interaction was studied by means of Monte Carlo and a high field approximation perturbation theory. The isochoric and isobaric heat capacities of monodisperse and polydisperse ferrofluids have been calculated at different densities and pressures using NVT and NpT Monte Carlo simulation and perturbation theoretical methods. We applied a modified mean-field density functionál theory to determine the phase behavior of the Stockmayer fluids in slit-like pores formed by two walls with identical substrate potentials. On the basis of the Stockmayer interaction potential a scaling theory was proposed to calculate the viscosity of dipolar (and electrorheological ) fluids. A special rotational rheometer has been constructed to investigate the viscosity of electrorheological fluids in applied electric fields. A static light scattering equipment was constructed to study the chain formation in electrorheological and magnetic fluids.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=61314
Decision
Yes





 

List of publications

  
S. Nagy, I. Szalai: Viscosity of dipolar liquids, Fluid Phase Equilibria, Benyújtás alatt, 2010
S. Nagy, I. Szalai: Sher viscosity of Stockmayer fluids, calculated by rescaling approach and molecular dinamics simulations, International Soft Matter Conference, Granada, Spain, July 5-8, 2010
I. Szalai, S. Dietrich: Magnetization of polydisperse magnetic fluids, J. Phys: Condensed Matter, Benyújtás alatt, 2010
K. Kincses, P. Csuta and I. Szalai: Structural properties of inverse magnetic fluids, 17th International Congress of Chemical and Process Engineering, 27-31 August, Praha, Czech Republic, Abstract Summaries 2 Separation Processes P3.085, page 524., 2006
T. Kristóf, G. Rutkai: Chemical potential calculations by thermodynamic integration with separation shifting in adaptive sampling Monte Carlo simulations, Chemical Physics Letters, 445, 74, 2007
I. Szalai, S. Dietrich: Magnetization and susceptibility of ferrofluids, J. Phys.: Condensed Matter, 20, 204122, 2008
A. Gábor, I. Szalai: Electric field dependence of phase equilibria of binary Stockmayer fluid mixtures, Molecular Physics 106, 801, 2008
T. Kristóf, I. Szalai: Magnetic properties of two dimensional dipolar fluids, J. Phys.: Condensed Matter, 20, 204111, 2008
Z. Maté, I. Szalai: Heat capacities of dipolar fluids: Ferromagnetic colloids, J. Phys.: Condensed Matter, 20, 204112, 2008
T. Kristóf, I. Szalai: Magnetic properties of model polydisperse ferrofluids in slit pores, Book of abstracts: PE41, 7th Liquid Matter Conference, June 27-July 1, Lund, Sweden, 2008
Tikkel Andor: Rotációs viszkoziméter építése elektroreológiai folyadékok vizsgálatára, Pannon Egyetem, Fizika Intézet (Szakdolgozat, témavezető: Szalai István), 2008
Horváth Barnabás: Elektroreológiai folyadékok termodinamikai és szerkezeti vizsgálata, Pannon Egyetem, Fizika Intézet (Diplomadolgozat, témavezető: Szalai István), 2008
I. Szalai and S. Dietrich: Phase transitions and ordering of confined dipolar fluids, Eur. Phys. J. E, 28, 347, 2009
I. Szalai, S. Nagy and S. Dietrich: Nonlinear dielectric effect of dipolar fluids, J. Chem. Phys., 131, 154905, 2009
Z. Máté, I. Szalai, D. Boda and D. Henderson: Heat capacities of the dipolar Yukawa model polar fluid, Molec. Phys., 108, 2631, 2010
Z. Máté and I. Szalai: Heat capacities of Stockmayer fluids from Monte Carlo simulations and perturbation theory, Fluid Phase Equilibria, 289, 54, 2010
I. Szalai: Fluidumok fázisegyensúlyi és szerkezeti tulajdonságainak statisztikus mechanikai vizsgálata, Benyújtott MTA doktori disszertáció, 2010
I. Szalai and S. Dietrich: Phase transitions and ordering of confined magnetic fluids in applied magnetic fields, DPG Spring Meeting, (Condensed Matter Section, Book of abstracts: CPP 20.4, Dresden, Germany.) March 22-27, 2009
A. Hajdú, E. Tombácz, I. Zupkó, I. Szalai, M. Babos and L. Vékás: Smart Water based magnetic fluid sin HeLa cell experiments, hyperthermia and MRI contrasting, Workshop "Smart Fluids and Complex Flows", Laboratory of Magnetic Fluids, Center for Fundamental and Advanced Technical Research, Temesvár, June 5-6, 2009
I. Szalai: Magnetic properties of ferrofluids: The effect of interparticle interactions, Workshop "Smart Fluids and Complex Flows", Laboratory of Magnetic Fluids, Center for Fundamental and Advanced Technical Research, Temesvár, June 5-6, 2009
A. Hajdú, E. Tombácz, I. Zupkó, I. Szalai, M. Babos, L. Vékás: Water based magnetic fluid in cell experiments, MRI contrasting and hypertermia, 23rd Conference of the European Colloid and Interface Society, Turkey, Antalya September 6-11, 2009
B. Horváth, A. Tikkel and I. Szalai: Elektroreológiai folyadékok szerkezetének vizsgálata, VII. Országos Anyagtudományi Konferencia, Balatonkenese, Október 11-13, 2009
P. Csuta, B. Horváth and I. Szalai: Ferrofluidumok és inverz ferrofluidumok optikai és mágneses tulajdonságai, VII. Országos Anyagtudományi Konferencia, Balatonkenese, Október 11-13, 2009
I. Szalai: Nonlinear dielectric and magnetic properties of dipolar fluids, Soft Matter at Interfaces, Ringberg, Germany, February 28 - March 2,, 2010
Z. Máté: Egyszerű apoláris és dipoláris folyadékmodellek termodinamikai és szerkezeti tulajdonságainak vizsgálata szimulációs és elméleti módszerekkel, PhD értekezés, Pannpon Egyetem Fizika Intézet, (Témavezető: Szalai István), 2010




 

Events of the project

  
2020-12-16 16:29:36
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Fizika és Mechatronika Intézet (Pannon Egyetem), Új kutatóhely: MTK Funkcionális Lágy Anyagok Kutatócsoport (Pannon Egyetem).



Back »