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Magnetorheological characterization of magneto-responsive fluids
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Abstract
The work presented in this dissertation focuses primarily on the rheological characterization of magneto-responsive fluids, consisting of suspensions of magnetic nanoparticles in non-magnetic liquid media. The rheology of these fluids has shown to be promising due to their enhanced viscous behavior when acted upon by external magnetic fields. This enhancement occurs due to a chaining of the nanoparticles, resulting in enhanced resistance to the applied shear. The rheology of magneto-responsive fluids with applied magnetic fields presented here, also known as magnetorheology, was studied for magnetoresponsive fluids such as ferrofluids, and for others were the suspending medium is a nonNewtonian fluid. For the case of ferrofluids, we have clarified the role of the particleās magnetic relaxation mechanism and the magnetic aggregation effect on their magnetorheoloical behavior. The first study focused on two cases, a (i) rotating (NeĆ©l relaxation) and (ii) fixed (Brownian relaxation) magnetic moments and their effect on the balance between magnetic and hydrodynamic torques. The second study focused on the effect of magnetic field dependent aggregation behavior of the nanoparticles on the magnetrheology of these fluids. Magnetorheological studies of magneto-responsive non-Newtonian fluids where performed using polymer liquid crystals (ferronematics) and surfactants (magnetic surfactant solutions) as suspending media, reporting new types of magnetic soft materials. All these measurements were performed using a rheometer capable of applying magnetic fields and measuring rheological properties simultaneously such as viscosity flow curves, yield stresses, and storage and loss modulus (moduli), all magnetic field dependent.
El trabajo presentado en Ć©sta disertacion doctoral se enfoca principalmente en la caracterizaciĆ³n reolĆ³gica de fluĆdos que responden a campos magnĆ©ticos, los cuales consisten en suspensiones de nanopartĆculas magnĆ©ticas en un medio lĆquido no magnĆ©tico. La reologĆa de Ć©stos fluĆdos ha demostrado ser prometerdora debido a su aumento en viscosidad cuando entran en contacto con un campo magnĆ©tico, resultando en una resistencia a el flujo cortante aplicado. La reologĆa de fluidos que responden a campos magnĆ©ticos presentada aquĆ, tambiĆ©n conocido como magnetoreologĆa, fue estudiada en fluĆdos tradicionales como ferrofluidos, y tambiĆ©n en otros donde el medio donde se suspenden las partĆculas es uno no Newtoniano. En el caso de ferrofluidos, se estudiĆ³ el rol de la relajaciĆ³n magnĆ©tica y la agregaciĆ³n en sus propiedades rheolĆ³gicas. Primero, se estudiaron dos mecanismos de relajaciĆ³n magnĆ©tica, (i) dipolo fijo y (ii) dipolo rotacional, y el efecto de Ć©stos en el balance de torques magnĆ©ticos e hidrodinĆ”micos de las partĆculas al aplicarle campos magnĆ©ticos y esfuerzos cortantes simultaneamente. Segundo, se estudiĆ³ la agregaciĆ³n de partĆculas inducida por un campo magnĆ©tico aplicado, y el efecto de Ć©sto en el comportamiento reolĆ³gico. Estudios magnetoreolĆ³gicos de fluĆdos que responden a campos magnĆ©ticos suspendidos en un medio no Newtoniano fueron relizados utilizando polĆmeros (ferronematicos) y surfactantes como medios de dispersiĆ³n. Todas Ć©stas medidas fueron realizadas utilizando un reĆ³metro capaz de aplicar campos magnĆ©ticos y medir propiedades reolĆ³gicas simultĆ”neamente. Pruebas realizadas incluyen curvas de viscosidad, y modulos de almacenamiento y perdida.
El trabajo presentado en Ć©sta disertacion doctoral se enfoca principalmente en la caracterizaciĆ³n reolĆ³gica de fluĆdos que responden a campos magnĆ©ticos, los cuales consisten en suspensiones de nanopartĆculas magnĆ©ticas en un medio lĆquido no magnĆ©tico. La reologĆa de Ć©stos fluĆdos ha demostrado ser prometerdora debido a su aumento en viscosidad cuando entran en contacto con un campo magnĆ©tico, resultando en una resistencia a el flujo cortante aplicado. La reologĆa de fluidos que responden a campos magnĆ©ticos presentada aquĆ, tambiĆ©n conocido como magnetoreologĆa, fue estudiada en fluĆdos tradicionales como ferrofluidos, y tambiĆ©n en otros donde el medio donde se suspenden las partĆculas es uno no Newtoniano. En el caso de ferrofluidos, se estudiĆ³ el rol de la relajaciĆ³n magnĆ©tica y la agregaciĆ³n en sus propiedades rheolĆ³gicas. Primero, se estudiaron dos mecanismos de relajaciĆ³n magnĆ©tica, (i) dipolo fijo y (ii) dipolo rotacional, y el efecto de Ć©stos en el balance de torques magnĆ©ticos e hidrodinĆ”micos de las partĆculas al aplicarle campos magnĆ©ticos y esfuerzos cortantes simultaneamente. Segundo, se estudiĆ³ la agregaciĆ³n de partĆculas inducida por un campo magnĆ©tico aplicado, y el efecto de Ć©sto en el comportamiento reolĆ³gico. Estudios magnetoreolĆ³gicos de fluĆdos que responden a campos magnĆ©ticos suspendidos en un medio no Newtoniano fueron relizados utilizando polĆmeros (ferronematicos) y surfactantes como medios de dispersiĆ³n. Todas Ć©stas medidas fueron realizadas utilizando un reĆ³metro capaz de aplicar campos magnĆ©ticos y medir propiedades reolĆ³gicas simultĆ”neamente. Pruebas realizadas incluyen curvas de viscosidad, y modulos de almacenamiento y perdida.
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Date
2012
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Keywords
Magneto-responsive fluids, Magnetic nanoparticles