Razvoj merilnih postopkov za določitev magnetih izgub magnetnih tekočin : doktorska disertacija

slovenski

doktorska dela

2011

Disertacije   Lastnosti   magnetne izgube   Magnetne tekočine   magnetni nanodelci   merilni postopki   Nanodelci   specifična stopnja absorpcije

Univerza v Mariboru, Fakulteta za elektrotehniko računalništvo in informatiko

Magnetne tekočine sodijo v kategorijo nano-materialov in so po definiciji stabilne koloidne disperzije magnetnih nanodelcev, trajno suspendiranih v nosilni tekočini. Kot takšne imajo določene specifične lastnosti, ki jih s pridom izkoriščajo na različnih področjih, kot na primer v mehaniki za rotacijsko tesnjenje, mehansko blaženje, odvajanje toplote in tudi v biomedicini za ciljno doziranje zdravilnih učinkovin, kontrastni agenti pri slikanju z magnetno resonanco, hipertermiji, itd. Ne glede na aplikacijo pa je za varno in učinkovito rabo potrebno dobro poznavanje fizikalnih lastnosti materiala. V doktorski disertaciji smo obravnavali nekatere lastnosti magnetnih tekočin s poudarkom na obnašanju v izmeničnem magnetnem polju. V tem primeru se magnetni delci oziroma vektor magnetizacije delcev poravnajo s smerjo magnetnega polja, kar opisujeta pojava Brownove in Néelove relaksacije. Obračanje magnetnih domen znotraj materiala opisujemo kot magnetne izgube, katerih posledica je povišanje temperature tekočine. Z višanjem amplitude in frekvence magnetnega polja so izgube intenzivnejše. Ravno ta pojav, ki ga imenujemo hipertermija, se izkorišča v medicini in predstavlja alternativno metodo zdravljenja rakavih tkiv, kjer z vbrizganjem magnetne tekočine v tkivo in njeni izpostavitvi visokofrekvenčnemu magnetnemu polju dosežemo njihovo termično uničenje. Za uspešno izvajanje takšnega zdravljenja pa je bistvenega pomena karakterizacija magnetnih izgub magnetne tekočine. Glavni namen doktorske disertacije je izgradnja merilnega sistema, ki omogoča merjenje parametrov za določitev magnetnih izgub magnetih tekočin. Merilni sistem je zasnovan tako, da z uporabo kalorimetrične metode na osnovi povišane temperature tekočine določi parameter izgub SAR (specific absorption rate). V tem primeru gre za izboljšanje uveljavljene metode, kjer je poudarek na homogenosti magnetnega polja ter na boljši toplotni izolaciji vzorca in okolice. Druga metoda za določitev magnetnih izgub pa je metoda magnetnega merjenja, kjer lahko na osnovi površine histerezne zanke določimo specifične moči izgub SPL (specific power loss). Bistvo metode sta dve merilni tuljavici okoli merjenega vzorca, ki sta bili predhodno umerjeni v magnetni normali in merita inducirani napetosti, na osnovi katerih lahko izračunamo magnetno poljsko jakost v sistemu ter gostoto magnetnega pretoka vzorca. Ta dva signala definirata histerezno zanko, katere površina je proporcionalna magnetnim izgubam. Za komercialno dostopen vzorec magnetne tekočine je izvedena karakterizacija izgub po obeh metodah, kjer so izgube podane v odvisnosti od amplitude in frekvence magnetne poljske jakosti, določena pa je tudi njihova temperaturna odvisnost. V disertaciji je predstavljena tudi analiza magnetnega polja merilnega sistema s pomočjo metode končnih elementov (MKE), v istem sistemu pa je izvedena še termična analiza, kjer temperaturno odvisne izgube povzročijo časovno spremembo temperature vzorca, rezultati obeh analiz pa so skladni z meritvami.

07.08.2023