This thesis addresses the problem of experimentally characterizing the steady state orientation in a dilute suspension of rigid, spheroidal particles induced by combined external fields (hydrodynamic and magnetic fields).
Conservative linear dichroism and orientation angle of Co-γ-$Fe_2O_3$ suspension was measured and compared with the theoretical results for the model of rigid spheroidal particles dissolved at low concentration in a dielectric Newtonian fluid and subjected to shear and magnetic fields which has been developed elsewhere [1]. Co-γ-$Fe_2O_3$ particles are taken to be rigid spheroids of a certain aspect ratio and with permanent magnetic moment. A theoretical interpretation was applied to explain the experimental results of for Co-γ-$Fe_2O_3$ suspensions.
The orientational anisotropy which results from imposition of the external fields can be fully described by two quantities: the average orientation direction of the major axis of the particles (orientation angle), and the degree of particle alignment about that direction (birefringence, dichroism).
The experimental technique is based on flow and magnetic fields induced dichroism. The degree of particle alignment and the orientation direction are inferred directly from the observed magnitude and extinction direction of the dichroism using an appropriate light scattering theory. The Rayleigh approximations to the light scattering theory are considered in this work.
The optical method employs polarization modulation scheme and represents a novel use for the photo-elastic modulator. This optical method provides a simultaneous measurements of flow and magnetic fields induced dichroism and its extinction angle. The first and second harmonics of the detector signal, which are dependent functions of the dichroism and extinction angle, are measured simultaneously.
흐름장과 자기장이 동시에 작용하는 복합장에 의한 Co-γ-$Fe_2O_3$ 입자들의 dynamics에 대한 규명은 기록매체에의 자성입자의 coating 등 공업적으로도 활용가치가 높다. 본 논문에서는 흐름장과 자기장의 영향하에서 Co-γ-$Fe_2O_3$ 입자들의 운동을 규명하기 위하여 광유변학 실험장치를 이용하여 정상 상태에서의 dichroism과 배향각도를 동시에 측정하였다. 본 논문에서 이용된 광유변학 실험장치는 기존의 기계적인 방법에 의한 rheometry 보다 그 측정섬세도가 높을 뿐만 아니라 측정된 광유변학적 성질들은 입자들의 configration state에 직접적인 함수관계를 갖고 있다는 점에서 분자규모의 dynamics를 연구하기에 매우 유용한 장치이다.
실험은 suspension의 농도와 침상비를 변화시켜가며 수행되었고 실험결과를 이론적으로 규명하기위하여 이미 개발되어진 이론을 본 실험조건에 맞게 개선하여 이용하였다. 실험결과는 기존의 이론적인 연구와 잘 일치하였으며 흐름장에 자기장이 추가되었을 경우, 단지 흐름 장만이작용할 경우보다 dichroism과 배향각도가 모두 증가함을 보였다. 또한, 일정한 세기의 자기장 하에서 shear rate가 증가할수록 배향각도는 감소하는 경향을 보인 반면에 dichroism은 변화가 없었다.
