mireabulletinRussian Technological JournalRussian Technological Journal2782-32102500-316XRTU MIREA10.32362/2500-316X-2021-9-5-36-44mireabulletin-366Research ArticleМИКРО- И НАНОЭЛЕКТРОНИКА. ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯMICRO- AND NANOELECTRONICS. CONDENSED MATTER PHYSICSК модели поцепочного намагничивания гранулированной среды: вариант магнитной диагностики цепочек шаровTowards a model of chain-by-chain magnetization of a granular medium: a variant of magnetic diagnostics of chains of sphereshttps://orcid.org/0000-0002-5111-6092СандулякА. А.SandulyakA. A.

Сандуляк Анна Александровна, д.т.н., профессор, кафедра «Приборы и информационно-измерительные системы» Института комплексной безопасности и специального приборостроения, 

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Scopus Author ID 7004032043

Anna A. Sandulyak, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Department of Instruments and Information-Measuring Systems, Institute of Integrated Safety and Special Instrument Engineering

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454 

Scopus Author ID 7004032043

https://orcid.org/0000-0003-4269-6133СандулякД. А.SandulyakD. A.

Сандуляк Дарья Александровна, к.т.н., с.н.с., лаборатория магнитного контроля и разделения материалов

119454,  Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Scopus Author ID 36621369400

 

Daria A. Sandulyak, Cand. Sci. (Eng.), Senior Science Master, Laboratory of Magnetic Control and Material’s Separation

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454 

Scopus Author ID 36621369400

d.sandulyak@mail.ruГорпиненкоЮ. О.GorpinenkoYu. О.

Горпиненко Юрий Олегович, аспирант, кафедра «Приборы и информационно-измерительные системы» Института комплексной безопасности и специального приборостроения

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Yurij O. Gorpinenko, Postgraduate Student, Department of Instruments and Information-Measuring Systems, Institute of Integrated Safety and Special Instrument Engineering 

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454 

https://orcid.org/0000-0002-8210-4721ЕршоваВ. А.ErshovaV. A.

Ершова Вера Александровна, к.т.н., с.н.с., лаборатория магнитного контроля и разделения материалов

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Scopus Author ID 36771249600

Vera A. Ershova, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Senior Science Master, Laboratory of Magnetic Control and Material’s Separation

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454 

Scopus Author ID 36771249600

https://orcid.org/0000-0001-7605-2702СандулякА. В.SandulyakA. V.

Сандуляк Александр Васильевич, д.т.н., профессор, кафедра «Приборы и информационно-измерительные системы» Института комплексной безопасности и специального приборостроения

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Scopus Author ID 57194504434

Alexander V. Sandulyak, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Department of Instruments and Information-Measuring systems, Institute of Integrated Safety and Special Instrument Engineering

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454 

Scopus Author ID 57194504434

ФГБОУ ВО «МИРЭА – Российский технологический университет»РоссияMIREA – Russian Technological UniversityRussian Federation202125102021953644Copyright © Сандуляк А.А., Сандуляк Д.А., Горпиненко Ю.О., Ершова В.А., Сандуляк А.В., 20212021Сандуляк А.А., Сандуляк Д.А., Горпиненко Ю.О., Ершова В.А., Сандуляк А.В.Sandulyak A.A., Sandulyak D.A., Gorpinenko Y.О., Ershova V.A., Sandulyak A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rtj-mirea.ru/jour/article/view/366

Кроме информации о магнитных параметрах неоднородных, в частности гранулированных, магнетиков, обычно изучаемых в рамках модели квазисплошной среды, не меньший интерес представляет получение информации с позиций модели, когда объект изучения – характерные элементы неоднородного магнетика. Согласно хорошо зарекомендовавшей себя модели избирательного намагничивания гранулированной среды такими элементами, из которых состоит эта среда, являются цепочки гранул – прямые и извилистые, всегда проявляющие себя в направлении ее намагничивания. Они выполняют функцию про-водников-каналов генерируемого магнитного потока сквозь гранулированную среду, вследствие чего она представляет собой своеобразный разветвленный «жгут» проводников-каналов. Для любой же из цепочек гранул, например, гранул-шаров радиусом R концептуально значимыми являются магнитные параметры ее условных сердцевин радиусом r ≤ R. Эти параметры, прежде всего, магнитная проницаемость квазисплошных сердцевин и магнитная индукция в них, для разных (по r) сердцевин вариабельны, что требует соответствующей магнитной диагностики. Для выяснения магнитных параметров условных сердцевин цепочки гранул-шаров как физически самодостаточного элемента гранулированной среды (т.е. в соответствии с моделью поцепочного намагничивания такой среды), измерительные датчики магнитного потока в сердцевине практично выполнять в виде круговых датчиков, окружающих точку контакта гранул-шаров, но не традиционных петель из провода, а контуров на тонких печатных платах с посадочными отверстиями, помещаемых между смежными шарами. На основании полученных данных магнитного потока в разных по радиусу r сердцевинах (r/R = 0.2−0.9) цепочки шаров радиусом R = 20 мм определены значения магнитной индукции B в них, а также их магнитной проницаемости μ при намагничивании цепочки в соленоиде полем напряженностью от 4.8 до 54.5 кА/м. Показано, что при формальном утолщении сердцевин значения Bи μ снижаются ввиду уменьшения объема ферромагнетика в сердцевине, а для предельной сердцевины (r/R → 1), т.е. для цепочки в целом они ожидаемо соответствуют значениям B и μ для полишаровой среды-засыпки. 

In addition to information on the magnetic parameters of inhomogeneous magnetics, in particular, granular magnetics usually studied within the framework of the quasi-continuous medium model, it is of no less interest to obtain information from the standpoint of the model, when the object of study is the characteristic elements of an inhomogeneous magnetic. According to the well-proven model of selective magnetization of a granular medium, the elements that make up this medium are chains of granules – straight and sinuous, always manifesting themselves in the direction of its magnetization. They perform the function of conductor channels of the generated magnetic flux through the granular medium. As a result, it is a kind of branched «bundle» of conductor channels. For any of the chains of granules, for example, granules-balls of radius R, conceptually significant are the magnetic parameters of its conditional cores with radius r ≤ R, and these parameters, first of all, the magnetic permeability of quasi-continuous cores and magnetic induction in them, for different (in r) cores are variable, which requires appropriate magnetic diagnostics. To clarify the magnetic parameters of the conditional cores of a chain of granules-balls, as a physically self-sufficient element of a granular medium (i.e., in accordance with the model of chain-link magnetization of such a medium), it is practical to make measuring magnetic flux sensors in the core as circular sensors surrounding the contact point of granules-balls, however, not as traditional wire loops, but as circuits on thin printed circuit boards (with mounting holes) placed between adjacent balls. Based on the obtained data of the magnetic flux in cores of different radii r (r/R = 0.2–0.9) of a chain of spheres with a radius of R = 20 mm, the values of the magnetic induction B in them, as well as their magnetic permeability μ, were determined when the chain is magnetized in the solenoid by a field of strength from 4.8 to 54.5 kA/m. It is shown that with formal thickening of the cores, the values of B and μ decrease due to a decrease in the volume of the ferromagnet in the core, and for the limiting core (r/R → 1), i.e., for the chain as a whole, they correspond to the values of B and μ for a poly-ball backfill medium.

намагничивание цепочки шаровусловные сердцевиныконтуры-датчики магнитного потокамагнитная индукция и проницаемостьmagnetization of a chain of spheresconditional corescontours-sensors of magnetic fluxmagnetic induction and permeabilityReferencesMishima F., Terada T., Akiyama Y., Izumi Y., Okazaki H., Nishijima S. Research and development of superconducting magnetic separation system for powdered products. IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2008;18(2):824−827. https://doi.org/10.1109/TASC.2008.920830Mishima F., Terada T., Akiyama Y., Izumi Y., Okazaki H., Nishijima S. Research and development of superconducting magnetic separation system for powdered products. IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2008;18(2):824−827. https://doi.org/10.1109/TASC.2008.920830Eskandarpour A., Iwai K., Asai S. Superconducting magnetic filter: Performance, recovery, and design. IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2008;19(2):84−95. https://doi.org/10.1109/TASC.2009.2014567Eskandarpour A., Iwai K., Asai S. Superconducting magnetic filter: Performance, recovery, and design. IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2008;19(2):84−95. https://doi.org/10.1109/TASC.2009.2014567Bai K., Casara J., Nair-Kanneganti А., Wahl А., Carle F., Brown E. Effective magnetic susceptibility of suspensions of ferromagnetic particles. Journal of Applied Physics. 2018;124(12):123901. https://doi.org/10.1063/1.5041750Bai K., Casara J., Nair-Kanneganti А., Wahl А., Carle F., Brown E. Effective magnetic susceptibility of suspensions of ferromagnetic particles. Journal of Applied Physics.2018;124(12):123901. https://doi.org/10.1063/1.5041750Birčáková Z., Kollár P., Weidenfeller B., Füzer J., Fáberová M., Bureš R. Reversible and irreversible DC magnetization processes in the frame of magnetic, thermal and electrical properties of Fe-based composite materials. Journal of Alloys and Compounds. 2015;645:283−289. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.05.121Birčáková Z., Kollár P., Weidenfeller B., Füzer J., Fáberová M., Bureš R. Reversible and irreversible DC magnetization processes in the frame of magnetic, thermal and electrical properties of Fe-based composite materials. Journal of Alloys and Compounds. 2015;645:283−289. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.05.121Kollár P., Birčáková Z., Vojtek V., Füzer J., Bureš R., Fáberová M. Dependence of demagnetizing fields in Fe-based composite materials on magnetic particle size and the resin content. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2015;388:76−81. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2015.04.008Kollár P., Birčáková Z., Vojtek V., Füzer J., Bureš R., Fáberová M. Dependence of demagnetizing fields in Fe-based composite materials on magnetic particle size and the resin content. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2015;388:76−81. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2015.04.008Strečková M., Füzer J., Kobera L., Brus J., Fáberová M., Bureš R., Kollár P., Lauda M., Medvecký L., Girman V., Hadraba H., Bat’kova M., Bat’ko I. A comprehensive study of soft magnetic materials based on FeSi spheres and polymeric resin modified by silica nanorods. Materials Chemistry and Physics. 2014;147(3):649−660. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2014.06.004Strečková M., Füzer J., Kobera L., Brus J., Fáberová M., Bureš R., Kollár P., Lauda M., Medvecký L., Girman V., Hadraba H., Bat’kova M., Bat’ko I. A comprehensive study of soft magnetic materials based on FeSi spheres and polymeric resin modified by silica nanorods. Materials Chemistry and Physics. 2014;147(3):649−660. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2014.06.004Kanhe N.S., Kumar A., Yusuf S.M., Nawale A.B., Gaikwad S.S., Raut S.A., Bhoraskar S.V., Wu S.Y., Das A.K., Mathe V.L. Investigation of structural and magnetic properties of thermal plasma-synthesized Fe1-хNiх alloy nanoparticles. Journal of Alloys and Compounds. 2016;663:30−40. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.11.190Kanhe N.S., Kumar A., Yusuf S.M., Nawale A.B., Gaikwad S.S., Raut S.A., Bhoraskar S.V., Wu S.Y., Das A.K., Mathe V.L. Investigation of structural and magnetic properties of thermal plasma-synthesized Fe1-хNiх alloy nanoparticles. Journal of Alloys and Compounds. 2016;663:30−40. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.11.190Pal S.K., Bahadur D. Shape controlled synthesis of iron–cobalt alloy magnetic nanoparticles using soft template method. Materials Letters. 2010;64(10):1127−1129. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2010.01.086Pal S.K., Bahadur D. Shape controlled synthesis of iron–cobalt alloy magnetic nanoparticles using soft template method. Materials Letters. 2010;64(10):1127−1129. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2010.01.086Moore R.L. Development and test of concentration scaled demagnetization in effective media theories of magnetic composites. Journal of Applied Physics. 2019;125(8):085101. https://doi.org/10.1063/1.5053791Moore R.L. Development and test of concentration scaled demagnetization in effective media theories of magnetic composites. Journal of Applied Physics. 2019;125(8):085101. https://doi.org/10.1063/1.5053791Périgo E.A., Weidenfeller B., Kollár P., Füzer J. Past, present, and future of soft magnetic composites. Applied Physics Reviews. 2018;5(3):031301. https://doi.org/10.1063/1.5027045Périgo E.A., Weidenfeller B., Kollár P., Füzer J. Past, present, and future of soft magnetic composites. Applied Physics Reviews. 2018;5(3):031301. https://doi.org/10.1063/1.5027045Moore R.L. Development of a volume fraction scaling function for demagnetization factors in effective media theories of magnetic composites. AIP Advances. 2019;9(3):035107. https://doi.org/10.1063/1.5078736Moore R.L. Development of a volume fraction scaling function for demagnetization factors in effective media theories of magnetic composites. AIP Advances. 2019;9(3):035107. https://doi.org/10.1063/1.5078736Nakamura T., Tsutaoka T., Hatakeyama K. Frequency dispersion of permeability in ferrite composite materials. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 1994;138(3):319−328. https://doi.org/10.1016/0304-8853(94)90054-XNakamura T., Tsutaoka T., Hatakeyama K. Frequency dispersion of permeability in ferrite composite materials. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 1994;138(3):319−328. https://doi.org/10.1016/0304-8853(94)90054-XСандуляк А.В. Магнитно-фильтрационная очист-ка жидкостей и газов. М.: Химия; 1988. 136 с. URL: https://dlib.rsl.ru/viewer/01001440011#?page=136Sandulyak A.V. Magnitno-fil’tratsionnaya ochistka zhidkostei i gazov (Magnetic and filtration purification of liquids and gases). Moscow: Khimiya; 1988. 136 p. (in Russ.). Available from URL: https://dlib.rsl.ru/viewer/01001440011#?page=136Сандуляк А.В., Сандуляк А.А., Ершова В.А. К вопро-су о модели поканального намагничивания гранулированной среды (с радиальным профилем проницаемости квазисплошного канала). Журнал технической физики. 2009;79(5):140−142.Sandulyak A.V., Sandulyak A.A., Ershova V.A. On the model of channel-by-channel magnetization of a granular medium (with a radial permeability profile of a quasi-continuous channel). Technical Physics. 2009;54(5):743−745. https://doi.org/10.1134/S1063784209050235 [Sandulyak A.V., Sandulyak A.A., Ershova V.A. On the model of channel-by-channel magnetization of a granular medium (with a radial permeability profile of a quasi-continuous channel). Zhurnal tekhnicheskoi fiziki = Technical Physics. 2009;79(5):140−142 (in Russ.).]Сандуляк А.В., Сандуляк А.А., Ершова В.А. Кривая намагничивания гранулированной среды с позиций модели поканального намагничивания (новый подход). Доклады Академии наук. 2007;413(4):469−471.Sandulyak A.V., Sandulyak A.A., Ershova V.A. Magnetization curve of a granulated medium in terms of the channel-by-channel magnetization model (new approach). Doklady Physics. 2007;52(4):179–181. https://doi.org/10.1134/S1028335807040027 [Sandulyak A.V., Sandulyak A.A., Ershova V.A. Magnetization curve of a granulated medium in terms of the channel-by-channel magnetization model (new approach). Doklady Akademii nauk = Doklady Physics.2007;413(4):469−471 (in Russ.).]Sandulyak A.A., Sandulyak D.A., Ershova V.A., Sandulyak A.V. Ferrous Material Fill: Magnetization Channels, Layer-by-Layer and Average Permeability, Element-to-Element Field. In book: Analysis and Modelling of Advanced Structures and Smart Systems. 2017;81:191−210. https://doi.org/10.1007/978-981-10-6895-9_9Sandulyak A.A., Sandulyak D.A., Ershova V.A., Sandulyak A.V. Ferrous Material Fill: Magnetization Channels, Layer-by-Layer and Average Permeability, Element-to-Element Field. In book: Analysis and Modelling of Advanced Structures and Smart Systems. 2017;81:191−210. https://doi.org/10.1007/978-981-10-6895-9_9Сандуляк А.В., Горпиненко Ю.О., Полисмакова М.Н., Сандуляк Д.А., Сандуляк А.А. Магнитный поток и индукция в сердцевинах намагничиваемых цепочек шаров. Международный научно-исследовательский журнал. 2020;96(6−1):96−110. https://doi.org/10.23670/IRJ.2020.96.6.017Sandulyak A.V., Gorpinenko Y.O., Polismakova M.N., Sandulyak D.A., Sandulyak A.A. Magnetic flow and induction in the hearts of magnetizable ball chains. Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel’skij zhurnal = International Research Journal. 2020;96(6−1):96−110 (in Russ.). https://doi.org/10.23670/IRJ.2020.96.6.017Горпиненко Ю.О., Сандуляк А.В., Полисмакова М.Н., Сандуляк Д.А., Сандуляк А.А., Харин А.С. Устройство для измерения магнитного поля: Патент RU 2737024. Заявка No 2020116795. Дата публикации 24.11.2020.Gorpinenko Y.O., Sandulyak A.V., Polismakova M.N., Sandulyak D.A., Sandulyak A.A., Kharin A.S. Ustroystvo dla izmerenija magnitnogo polya (Magnetic field measuring device): RU Pat. 2737024. Publ. 24.11.2020. (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.