مطالعه تجربی بررسی پایداری سیالات مگنتورئولوژیک با استفاده از نانوذرات آهن پوشش داده شده با سلولز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 باشگاه پژوهشگران جوان، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

2 استادیار دانشکده مهندسی شیمی ، دانشگاه تهران

چکیده

سیالات مگنتورئولوژیک، سوسپانسیونی از ذرات مغناطیس‌پذیر در سیال پایه به همراه افزودنی‌های پایدارساز هستند که خواص رئولوژیکی آنها در حضور میدان مغناطیسی تغییر قابل توجهی می‌کند. نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن پوشش داده شده با سلولز از طریق روش هم‌رسوبی تهیه شدند. جهت تعیین ساختار و اندازه نانوذرات پوشش داده شده با سلولز از تکنیک‌های مختلفی نظیر پراش اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترونی عبوری استفاده شد. از دستگاه مغناطیس‌سنج نمونه ارتعاشی جهت بررسی ویژگی‌های مغناطیسی ذرات استفاده شد. اثر افزودنی سلولز بر پایداری بررسی شد. مقدار ته‌نشینی برای سیال بدون افزودنی 70 درصد و با افزودنی سلول، 55 درصد گزارش شد. اثر نانوذره آهن پوشش داده شده با سلولز در درصدهای مختلف 0/5 ، 1 و 2 درصد نانوذره بر روی پایداری سیال بررسی شد. نتایج نشان داد که در سه روز اول تقریبا همه نمونه‌ها با افزودن نانوذره کامال پایدار هستند. به طور کلی نتایج نشان داد که نمونه حاوی 5 درصد وزنی سلولز و 1 درصد وزنی نانوذره پوشش داده شده با سلولز پایداری بالایی در گذشت بیش از یک ماه دارد. همچنین مقدار افزایش مقدار تنش برشی و تنش تسلیم در نمونه بهینه حاوی نانوذره به نسبت نمونه بدون افزودنی قابل توجه و حدود 10000 پاسکال بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental Study on Stability of Magnetorheological Fluid by Using of Fe3O4/ Cellulose Nanoparticles

نویسندگان [English]

  • Yahya Rabbani 1
  • Omid Tavakoli 2
1 Young Researchers Club, Science and research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 استادیار دانشکده مهندسی شیمی ، دانشگاه تهران
چکیده [English]

The magnetorheological fluid is a suspension of magnetizable particles in a base liquid with stabilizer. The rheological properties of these fluids change significantly in the presence of magnetic field. In this study, nanomagnetic iron oxide particles were prepared by using co-precipitation method. X-ray diffraction and scanning electron transmission methods were used to characterize these particles. The magnetic properties of the particles were measured by using a vibrator sample magnetometer. The sedimentation rate for a non-additive fluid was reported to be 70% and when the cellulose was added, it was reported to be 55%. The effect of samples contained nanoparticles iron core-shell in various percentages of 0.5, 1 and 2% of nanoparticles with 3% cellulose were investigated. The results showed that almost all of the samples were completely stable after addition of the nanoparticles in the first three days. The results showed that the sample containing 5% by weight of cellulose and 1% by weight of nanoparticle core-shell by cellulose had high stability during more than a month. The increase in shear stress and yield stress in the optimized sample containing the nanoparticle was also significantly higher than the sample without any additive and it was about 10,000 Pa.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Magnetorheological fluid
  • stability
  • Fe3O4 Nanoparticles
  • Core-shell
  • Cellulous
[1]  X. Zhu, X. Jing, L. Cheng, Magnetorheological fluid dampers: a review on structure design and analysis, Journal of intelligent material systems and structures,23(8)(2012)839-873 
[2] Y. Rabbani, M. Ashtiani, S.H. Hashemabadi, An experimental study on the effects of temperature and magnetic field strength on the magnetorheological fluid stability and MR effect, Soft matter, 11(22) (2015) 4453-4460.
[3]  M.W. Kim, W.J. Han, Y.H. Kim, H.J. Choi, Effect of a hard magnetic particle additive on rheological characteristics of microspherical carbonyl iron-based magnetorheological fluid, Colloids and Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects, 506 (2016) 812-820.
[4]Y. Rabbani, M. Shirvani, S. Hashemabadi, M. Keshavarz, Application of artificial neural networks and support vector regression modeling in prediction of magnetorheological fluid rheometery, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 520 (2017) 268-278.
[5] Y. Chen, C. Xu, J. Huang, D. Wu, Q. Lv, Rheological properties of nanocrystalline cellulose suspensions, Carbohydrate polymers, 157 (2017) 303-310.
[6] P. Yang, P. Zhang, C. Shi, L. Chen, J. Dai, J. Zhao, The functional separator coated with core–shell structured silica–poly (methyl methacrylate) sub-microspheres for lithium-ion batteries, Journal of membrane science, 474 (2015) 148-155.
[7] F.F. Fang, J.H. Kim, H.J. Choi, Synthesis of core– shell structured PS/Fe3O4 microbeads and their magnetorheology, Polymer, 50(10) (2009) 2290-2293.
[8] S. Han, J. Choi, H. Kim, S. Kim, Y. Seo, Static yield stress of a magnetorheological fluid containing pickering emulsion polymerized Fe3O4/polystyrene composite particles, in:  AIP Conference Proceedings, AIP Publishing, 2019, pp. 140001.
[9]M. Yu, S. Qi, J. Fu, M. Zhu, D. Chen, Understanding the reinforcing behaviors of polyaniline-modified carbonyl iron particles in magnetorheological elastomer based on polyurethane/epoxy resin IPNs matrix, Composites Science and Technology, 139 (2017) 36-46.
[10]  M.A. Rahman, U. Culsum, A. Kumar, H. Gao, N. Hu, Immobilization of a novel cold active esterase onto Fe3O4∼ cellulose nano-composite enhances catalytic properties, International journal of biological macromolecules, 87 (2016) 488-497.
[11]  K.K. Sadasivuni, D. Ponnamma, H.-U. Ko, H.C. Kim, L. Zhai, J. Kim, Flexible NO2 sensors from renewable cellulose nanocrystals/iron oxide composites, Sensors and Actuators B: Chemical, 233 (2016) 633-638.
[12]  Y.-Z. Han, L. Hong, X.-Q. Wang, J.-Z. Liu, J. Jiao, M. Luo, Y.-J. Fu, Biodiesel production from Pistacia chinensis seed oil via transesterification using recyclable magnetic cellulose-based catalyst, Industrial Crops and Products, 89 (2016) 332-338.
[13]  N. Ali, B. Zhang, H. Zhang, W. Zaman, X. Li, W. Li, Q. Zhang, Interfacially active and magnetically responsive composite nanoparticles with raspberry like structure; synthesis and its applications for heavy crude oil/water separation, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 472 (2015) 38-49.
[14]  J.H. Kim, F.F. Fang, H.J. Choi, Y. Seo, Magnetic composites of conducting polyaniline/nano-sized magnetite and their magnetorheology, Materials Letters, 62(17-18) (2008) 2897-2899.
[15]  H.-t. Pu, F.-j. Jiang, Z.-l. Yang, Preparation and properties of soft magnetic particles based on Fe3O4 and hollow polystyrene microsphere composite, Materials Chemistry and Physics, 100(1) (2006) 10-14.
[16]  K. Hayashi, W. Sakamoto, T. Yogo, Magnetic and rheological properties of monodisperse Fe3O4  nanoparticle/organic hybrid, Journal of Magnetism and Magnetic materials, 321(5) (2009) 450-457.
[17]  X. Qiao, J. Zhou, B.P. Binks, X. Gong, K. Sun, Magnetorheological behavior of Pickering emulsions stabilized by surface-modified Fe3O4 nanoparticles, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 412 (2012) 20-28.
[18]  Y. Rabbani, N. Hajinajaf, O. Tavakoli, An experimental study on stability and rheological properties of magnetorheological fluid using iron nanoparticle core– shell structured by cellulose, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 135(3) (2019) 1687-1697.