Organization of Paramagnetic and Nonmagnetic Colloidal Particles in Ferrofluid

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Ray, Ayan:
Organization of Paramagnetic and Nonmagnetic Colloidal Particles in Ferrofluid.
Bayreuth , 2012
( Dissertation, 2012 , Universität Bayreuth, Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik)

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Abstract

In this thesis, I have studied magnetic dipolar interactions between paramagnetic and nonmagnetic colloidal particles immersed in a magnetic fluid under the influence of an external time dependent magnetic field. These interactions play an important role in colloidal self-assembly. As a result, of these interactions different forms of anisotropic superstructures evolve in 2-Dimension and 3-Dimension during the self-assembly process. The time dependent external magnetic field is an important controlling parameter for the self-assembly process. The interactions leads to a specific equilibrium positions of the paramagnetic and nonmagnetic particles with specific orientations of the magnetic moments. Three different colloidal systems immersed in ferrofluid with external time dependent magnetic field have been investigated. In each of them the effect of inter dipolar interactions on the particles is discussed. Three systems are arranged and discussed in three separate chapters. In chapter 3, an attempt has been made to study the diffusion of particles in a colloidal flower system and compare the diffusion of the petals of the flower with other single file diffusion in 1-dimension. Beside the long-range interactions, in chapter 4, we have studied the strength of the systems and order of phase transition taking place due to core size effects of self-assembled flower shaped magnetic colloidal clusters and diamagnetic clusters in a precessing magnetic field. In chapter 5, different anisotropic assemblies and colloidal phases are studies as a function of the composition mixture of paramagnetic and diamagnetic particles in an external time dependent magnetic field.

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In dieser Promotion habe ich magnetische Dipolwechselwirkungen zwischen paramagnetischen und nichtmagnetischen kolloidalen Partikeln in einer magnetischen Flüssigkeit unter dem Einfluß eines externen zeitabhängigen Magnetfeldes studiert. Diese Wechselwirkungen spielen eine wichtige Rolle bei der kolloidalen Selbstorganisation. Als Ergebnis dieser Wechselwirkungen erscheinen verschiedene Formen von zwei- und dreidimensionalen anisotropen Superstrukturen während des Selbstorganisationsprozesses. Das zeitabhängige externe magnetische Feld ist ein wichtiger Kontrollparameter für den Selbstorganisationsprozeß. Die Wechselwirkung führt zu spezifischen Gleichgewichtspositionen der paramagnetischen und der nichtmagnetischen Partikel mit einer spezifischen Orientierung der magnetischen Momente. Drei verschiedene kolloidale Systeme in Ferrofluid mit externem zeitabhängigem Magnetfeld wurden untersucht. In jedem von Ihnen wird der Effekt von interdipolarenWechselwirkungen auf die Partikel diskutiert. Drei Systeme sind in drei einzelnen Kapiteln angeordnet und werden dort diskutiert. In Kapitel 3 wurde der Versuch gemacht die Diffusion von Partikeln in einer „kolloidalen Blume“ zu studieren und die Diffusion der Blütenblätter mit anderen single file Diffusionsystemen in einer Dimension zu vergleichen. Neben den langreichweitigen Wechselwirkungen haben wir in Kapitel 4 den Einfluß der Größe des Kerns der kolloidalen Blumen und Cluster auf die Stärke des Phasenübergangs erster Ordnung von einem Cluster zu einer Flüssigkeit untersucht. In Kapitel 5 werden verschiedene anisotropische Ansammlungen und kolloidale Phasen in Abhängigkeit der Zusammensetzung der Mischung von paramagnetischen und diamagnetischen Partikeln in einem externen zeitabhängigen Magnetfeld studiert.