磁场梯度下悬浮液中顺磁性纳米颗粒的磁泳
材料科学
2025-06-06 v1
摘要
我们结合实验和多物理场数值模拟，系统地研究了弱顺磁性氧化锰纳米颗粒在非均匀磁场下的磁泳现象。实验在暴露于电磁铁产生的非均匀磁场的封闭比色皿中进行，涵盖了25-200 mgL的宽颗粒浓度范围和0-110 T²/m的磁场梯度范围。实验结果表明，顺磁性氧化锰纳米颗粒表现出显著的磁泳行为，导致比色皿内颗粒耗尽。耗尽速率与初始颗粒浓度无关，但强烈依赖于磁场梯度。在低磁场梯度下，磁泳进展缓慢，而在较高梯度下，颗粒耗尽速率显著增加后趋于稳定。在磁泳过程中，比色皿内出现瞬态浓度梯度，我们假设这是由接近1的磁格拉晓夫数驱动的。当磁格拉晓夫数超过1时，浓度梯度的形成会引发整体流体流动，从而加速颗粒在最大磁场强度区域的捕获。在磁泳与沉降相反的系统里，当磁佩克莱特数与重力佩克莱特数之比超过1时，会形成颗粒耗尽区域。数值模拟表明，对于半径130 nm或更大的氧化锰纳米颗粒，会形成场诱导聚集。这些见解突显了磁分离在可持续金属回收中的潜力，为从废弃电子产品中回收关键材料提供了一种可扩展且环保的解决方案。
引用
@article{arxiv.2506.04273,
title = {Magnetophoresis of paramagnetic nanoparticles in suspensions under magnetic field gradients},
author = {Peter Rassolov and Jamel Ali and Theo Siegrist and Munir Humayun and Hadi Mohammadigoushki},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.04273},
year = {2025}
}