Suspensions magnétiques: la rhéologie et la séparation - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Hdr Année : 2014

Magnetic suspensions; the rheology and the separation

Suspensions magnétiques: la rhéologie et la séparation

Résumé

In this manuscript, I have briefly described my scientific activities since my PhD thesis defense at the end of the year 2003. I paid particular attention to the research devoted to the rheology of magnetic suspensions and the capture of magnetic particles. A large part of my research was focused on the effects of the particle shape and of the magnetic field orientation on the yield stress appearing in magnetic suspensions as a result of particle aggregation under applied magnetic field. Comparison between magnetic microfibers and magnetic microspheres have shown that the yield stress of the fiber suspensions is approximately three times higher than the one of the suspensions of spherical particles at the same conditions. Such a shape effect has been explained by: (1) a higher magnetic permeability of the aggregates composed of fibers; (2) a solid friction between particles, which is stronger for fibers. In what concerns the effect of the magnetic field orientation, we have confirmed experimentally an important yielding behavior in the case when the magnetic field is directed along the flow or the vorticity. Such "longitudinal" magnetorheological effect has been explained in terms of angular stochastic fluctuations of the aggregates around their equilibrium orientation; these fluctuations are caused by magnetic interactions between aggregates. Another part of the study was focused on magnetic separation of nanoparticles in view of their potential application in separation of biomolecules or extraction of micro-pollutants. We have studied the effect of the colloidal phase separation on the nanoparticle capture by magnetic collectors (microspheres magnetized by an external magnetic field). We have shown that the phase separation results in a considerable increase of the capture efficiency, and the capture process is governed by three dimensionless numbers: the nanoparticle concentration, the dipolar coupling parameter and the Mason number, which stands for the ratio of the hydrodynamic - to magnetic forces exerted to nanoparticles.
Dans ce manuscrit, j'ai brièvement décrit mes activités scientifiques depuis la soutenance de ma thèse de doctorat en physique en fin 2003. J'ai prêté une attention particulière aux recherches axées sur la rhéologie et la capture de particules des suspensions magnétiques. Une grande partie de mes recherches a été focalisée sur l'effet de la forme des particules magnétiques et de l'orientation du champ magnétique sur la contrainte seuil apparaissant dans les suspensions magnétiques suite à l'agrégation de ces particules induite par le champ appliqué. En comparant les microfibres magnétiques aux microsphères magnétiques, il a été montré que la contrainte seuil des suspensions de fibres était d'environ trois fois supérieure à celle des suspensions de sphères soumises aux mêmes conditions. Un tel effet de forme a été expliqué par (1) une perméabilité magnétique plus élevée des agrégats composés de fibres ; (2) une friction solide plus forte entre les fibres. En ce qui concerne l'effet d'orientation du champ, nous avons confirmé expérimentalement un comportement à seuil important dans le cas où le champ magnétique est orienté le long de l'écoulement ou de la vorticité. Un tel effet magnétorhéologique " longitudinal " a été expliqué par des fluctuations stochastiques des agrégats autour de leur orientation d'équilibre; ces fluctuations étant causées par des interactions magnétiques entre agrégats. Une autre partie des études a été focalisée sur la séparation magnétique des nanoparticules en vue de leur application dans la séparation de biomolécules ou l'extraction de micropolluants. On a notamment étudié l'effet de la séparation de phase sur la capture de nanoparticules par des collecteurs magnétiques (microsphères aimantées par un champ magnétique externe). Il a été montré que la séparation de phase augmente considérablement l'efficacité de capture et que ce processus est régi par trois nombres sans dimensions : la concentration en nanoparticules, le paramètre d'interaction dipolaire et le nombre de Mason qui représente le rapport des forces hydrodynamiques sur les forces magnétiques exercées sur les nanoparticules.
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Dates et versions

tel-01073537 , version 1 (10-10-2014)

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  • HAL Id : tel-01073537 , version 1

Citer

Pavel Kuzhir. Suspensions magnétiques: la rhéologie et la séparation. Matière Molle [cond-mat.soft]. Université Nice Sophia Antipolis, 2014. ⟨tel-01073537⟩
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