博碩士論文 91326021 詳細資訊




以作者查詢圖書館館藏 以作者查詢臺灣博碩士 以作者查詢全國書目 勘誤回報 、線上人數:10 、訪客IP:34.204.168.209
姓名 蕭凱文(kao-wen shou)  查詢紙本館藏   畢業系所 環境工程研究所
論文名稱 磁性顆粒在磁場中之運動軌跡
(Magnetic-field-induced collisions of magnetic particles)
相關論文
★ 偏光板TAC製程節水研究★ 應用碳足跡盤查於節能減碳策略之研究-以某太陽能多晶矽片製造廠為例
★ 不同形態擔體對流動式接觸床 (MBBR)去除氨氮效率之探討★ 以減壓蒸發法回收光阻廢液之可行性探討-以某化學材料製造廠為例
★ 行為安全執行策略探討-以某紡絲事業單位為例★ 以環保溶劑取代甲苯應用於工業用接著劑可行性之研究
★ AO+MBR+RO進行生活污水廠水再生最佳調配比例之研究-以鳳山溪污水處理廠為例★ 二氧化矽與氧化鋁廢水混合混凝處理之研究
★ 利用碳氣凝膠紙電吸附於二氯化銅水溶液現象之探討★ 非接觸式光學監測混凝系統技術之發展
★ 以光學影像連續監測銅廢水化學沉降之技術發展★ 以膠羽影像光訊號分析(FICA)技術監測高嶺土之化學混凝
★ 膠羽影像色譜分析技術 監測混凝程序之開發‒以地表原水為例★ 石門水庫分層取水對於前加氯與混凝成效之影響
★ 石門水庫分層取水對於平鎮淨水廠快濾池堵塞成因分析★ 地表水中氨氮之生物急毒性研究
檔案 [Endnote RIS 格式]    [Bibtex 格式]    [相關文章]   [文章引用]   [完整記錄]   [館藏目錄]   [檢視]  [下載]
  1. 本電子論文使用權限為同意立即開放。
  2. 已達開放權限電子全文僅授權使用者為學術研究之目的,進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。
  3. 請遵守中華民國著作權法之相關規定,切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送,以免觸法。

摘要(中) 膠體一般被定義為1~10 μm之微細顆粒,由於尺寸的關係而不易因重力導致沈降,然而當兩顆粒相互接近時,會因彼此作用力的影響,導致碰撞行為的發生。關於膠體間作用力的探討,由科學家Derjaguin and Landau與Verwey and Overbeek分別 在同一年時間先後提出的理論最廣為大家所熟知,簡稱為DLVO理論。DLVO理論把膠體間作用力主要分為凡得瓦爾吸引力及靜電斥力。若是顆粒具有磁性時,外加磁場會使得顆粒間產生一額外的磁偶吸引力而相互聚集。
本研究係利用影像攝錄系統及處理軟體,觀察及分析磁性顆粒在磁場中運動行為,並與軌跡模式模擬之結果進行比較。結果發現,因為兩顆粒間隔距離隨著顆粒濃度升高而縮短,又兩顆粒間磁偶極吸引力的大小會隨著磁場強度升高而增強,因此,顆粒碰撞的特徵時間會隨著顆粒濃度的升高,或是磁場強度的增強而縮短。就兩顆粒運動軌跡圖來看,雖然兩顆粒中心點連線與磁場方向之夾角的改變,會造成運動軌跡的變化,但大部分都是呈現實驗分析與軌跡模式運算相似的情況。相異情況的發生是因為軌跡模式所模擬的情況並沒有考慮周圍顆粒的影響,所以造成在低磁場時,若兩顆粒中心點連線與磁場方向之初始夾角大於54.7度,實驗分析與模式運算所得之結果會出現截然不同的結果。
摘要(英) Colloid is generally defined as particle between 1 μm and 10 μm. When two particles approach each other, several types of interaction can come into play which may have a major effect on the collision process. The two most familiar colloidal interactions are van der Waals attractions and electrical repulsions, which form the basis of well-known DLVO theory, developed independently by Derjaguin and Landau and Verwey and Overbeek. When a magnetic field is applied to magnetic particles, these particles experience additional attractionse along the direction of the external field and repulsions normal to the external field; as the consequence, chains are formed by magnetic particles.
Magnetic-field-induced collisions of magnetic particles areinvestigated via microscopic visualization system and digital image analysis in this work. The observed collision paths of particles were compared with simulation results obtained from trajectory analysis. Results suggest that the characteristic time decreases with increasing particle concentrations and increasing magnetic field strengths.It was also found that the trajectories of the particles in suspension are similar to those obtained numerically from trajectory analysis. Results also suggest that the angle between the particles centerline and the magnetic field direction affects shapes of both experimental and theoretical collision paths significantly.
關鍵字(中) ★ 軌跡分析
★ 磁性顆粒
★ DLVO理論
★ 膠體
關鍵字(英) ★ trajectory analysis
★ magnetic particle
★ colloid
★ DLVO theory
論文目次 文目錄
第一章 前言 1
1.1 研究緣起 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究流程 3
第二章 文獻回顧 4
2.1 DLVO理論 4
2.1.1 凡得瓦爾力 4
2.1.2 靜電力 5
2.1.3 一級作用力與二級作用力 10
2.2 磁性顆粒之作用機制 12
2.2.1 磁性物質的種類 13
2.2.2 外加磁力之影響 15
2.2.3 磁性顆粒的排列 18
2.3 膠體顆粒碰撞動力學 19
2.3.1 反應速率方程式 20
2.3.2 特徵時間tB 21
2.4 膠體顆粒碰撞之運動軌跡分析 23
2.4.1 Trajectory analysis軌跡分析演進 23
2.4.2 顆粒間作用力的影響 23
2.4.3 利用軌跡分析推導兩顆粒間相對速度及運動軌跡 24
第三章 實驗方法 27
3.1 實驗設備 27
3.2 實驗材料 36
3.3 實驗方法 37
第四章 結果與討論 44
4.1兩顆粒運動軌跡圖之比較 44
4.1.1濃度對運動軌跡的影響 44
4.1.2磁場強度對運動軌跡的影響 53
4.1.3系統中其他顆粒對碰撞軌跡的影響 59
4.2 特徵時間 69
4.2.1 濃度改變之影響 69
4.2.2 磁場強度改變之影響 70
第五章 結論與建議 72
5.1 結論 72
5.2 建議 73
參考文獻 74
附錄 符號說明 80
表目錄
表3-1 各種材料比導磁係數之比較 28
表3-2 矽剛內部H-B關係資料 31
表3-3 當兩顆粒中心點相隔距離變化時磁力與靜電力之比值 42
表4-1 濃度對特徵時間的影響 69
表4-2 磁場強度對特徵時間的影響 70
圖目錄
圖1-1 研究流程 3
圖2-1 Al對Si進行同型取代 6
圖2-2 電雙層與界達電位之關係 7
圖2-3 Stern電位分佈模式 8
圖2-4 兩顆粒之凡得瓦爾力及靜電力與間隔距離之關係 10
圖2-5 一級作用力之總勢能 11
圖2-6 二級作用力之總勢能 11
圖2-7 穩定系統之總勢能 12
圖2-8 順磁性物質 14
圖2-9 反磁性物質 14
圖2-10 鐵磁性與超順磁性之比較 15
圖2-11 加入磁力時顆粒運動情形 16
圖2-12 加入磁力時總勢能之變化 17
圖2-13 長鏈形成及運動的情形 19
圖3-1 實驗設備 27
圖3-2 電磁鐵設計 29
圖3-3 光學顯微鏡 33
圖3-4 壓克力凹槽 34
圖3-5 威力導演軟體視窗 35
圖3-6 Scion Image操作介面 36
圖3-7 利用Scion Image分析圖片的情形 38
圖3-8 錄製並分析顆粒在外加磁場環境下運動情形之實驗流程 39
圖3-9 顆粒運動軌跡分析之流程 40
圖3-10 特徵時間分析之流程 41
圖4-1 高顆粒濃度下兩顆粒中心點連線與磁場初始夾角大於54.7度時碰撞過程 46
圖4-2 高顆粒濃度下兩顆粒中心點連線與磁場初始夾角大於54.7度時兩顆粒運動軌跡 47
圖4-3 高顆粒濃度下兩顆粒中心點連線與磁場初始夾角大於54.7度時兩顆粒相對運動軌跡 47
圖4-4 高顆粒濃度下兩顆粒中心點連線與磁場初始夾角小於54.7度時碰撞過程 48
圖4-5 高顆粒濃度下兩顆粒中心點連線與磁場初始夾角小於54.7度時兩顆粒運動軌跡 49
圖4-6 高顆粒濃度下兩顆粒中心點連線與磁場初始夾角小於54.7度時兩顆粒相對運動軌跡 50
圖4-7 低顆粒濃度下兩顆粒運動軌跡 51
圖4-8 低顆粒濃度下兩顆粒相對運動軌跡 52
圖4-9 低磁場強度下兩顆粒中心點連線與磁場初始夾角大於54.7度時碰撞過程 54
圖4-10 低磁場強度下兩顆粒中心點連線與磁場初始夾角大於54.7度時兩顆粒運動軌跡 55
圖4-11 低磁場強度下兩顆粒中心點連線與磁場初始夾角大於54.7度時兩顆粒相對運動軌跡(兩顆粒初始距離 = 21 μm) 55
圖4-12 低磁場強度下兩顆粒中心點連線與磁場初始夾角大於54.7度時兩顆粒相對運動軌跡(兩顆粒初始距離 = 9 μm) 56
圖4-13 低磁場強度下兩顆粒中心點連線與磁場初始夾角小於54.7度時兩顆粒運動軌跡 57
圖4-14 不同磁場強度下兩顆粒中心點連線與磁場初始夾角小於54.7度時兩顆粒相對運動軌跡 58
圖4-15 顆粒碰撞受其他顆粒影響時之碰撞過程 60
圖4-16 顆粒碰撞受其他顆粒影響時之運動軌跡 61
圖4-17 顆粒碰撞受其他顆粒影響時之相對運動軌跡 61
圖4-18 預期外的顆粒碰撞過程 63
圖4-19 受長鏈影響之顆粒碰撞過程 64
圖4-20 有其他顆粒影響時兩顆粒相對運動軌跡 65
圖4-21 顆粒受牽制無法碰撞的情形 66
圖4-22 兩顆粒碰撞在一起時未平行磁力線的情況 68
圖4-23電解質濃度對穩定率W的影響 71
參考文獻 1.Hiemenz, P. C.(1997) Principles of colloid surface chemistry, MARCEL
DEKKER, New York.
2.行政院環保署 (1993) 生態環境的惡行,智茂文化事業有限公司,第十三章,第46頁。
3.徐治平、林天賜 (1998) 膠體懸浮液的凝聚現象-DLVO理論,化工,第四十五卷,第二期,第14-22頁。
4.Derjaguin, B. V. and L. D. Landau (1941) Theory of stability of strongly
Charged lyophobic sols and of the adhesion of strongly charged particles
In solutions of electrolytes, Acta Physicochimca URSS, 14, 733-762.
5.Verwey, E. J. W. and J. Th. G. Overbeek (1948) Theory of the stability of
lyophobic colloids, Elsevier, Amsterdam.
6.London, L. D. and E. M. Liftshitz (1969) Statistical Physicals, Pergamon,
Oxford.
7.Hamaker, H. C. (1937) London-van der waals attraction between spherical
particles, Physica, 4, 1058-1072.
8.Fair, G. M., J. C. Geyer, and D. A. Okum (1968) Water purification and
waste water treatment and disposal, John Wiley and Sons:New York.
9.楊萬發 (2002) 水及廢水處理化學,茂昌出版社,第六章。
10.石濤 (2001) 環境化學,鼎茂出版社,第八章,第4頁。
11.Gouy, C. (1910) Suy la constitution de la charge e’lectrique a’la surface
d’um e’lectrolyte, Annals of Physics (Pairs) Serie 4, 9, 457-468.
12.Chapman, D. L. (1913) A contribution to the theory of electrocapillarity,
Philosophical magazine, 6, 475-481.
13.Stern, O. (1924) Zur theorie der’elektrolytischem doppelschicht, Annals
Electrochemical, 30, 508-526.
14.Tsouris, C. and T. C. Scott (1995) Flocculation of paramagnetic particles
in a magnetic field, Journal of Colloid and Interface Science, 171,
319-330.
15.Bell, G. M., S. Levins, and L.N. McCartney (1970) Approximate methods
of determining the double-layer free energy of interaction between two
charged colloidal spheres, Journal of Colloid and Interface Science, 33,
335-359.
16.Hogg, R., T. W. Healy, and D. W. Fuerstenau (1966) Mutual coagulation of
Colloidal dispersions, Transactions Faraday Society, 18, 1638-1651.
17.Zeichner, G. R. and W. R. Schowalter (1979) Effects of hydrodynamic and
Colloid forces on the coagulation of dispersions, Journal of Colloid and
Interface Science, 71, 237-253.
18.林榮義 (2000) 鋰離子電池材料鋰-鎳-氧化合物的結構與磁性研究,國立中央大學物理研究所碩士論文。
19.雷大同 (2002) 錳鋅鐵氧化物磁性流體之製備及分散研究,國立成功大學資源工程研究所碩士論文。
20.李玉華 (2003) 含碳化鐵(Fe3C)奈米磁顆粒之非晶質碳膜其微觀結構、磁物質與磁阻之研究,國立成功大學物理研究所博士論文。
21.賴耿陽 (1995) 磁記錄理論與實務,復漢出版社,第176頁。
22.謝芳生譯 (1997) 工程電磁學,東華書局,第九章。
23.Mondain-Monval, O., A. Espert, P. Omargee, J. Bibette, F. Lead-Calderon,
L. Philip, and J. F. Joanny (1998) Polymer-induced repulsive forces:
exponential scaling, Physics Review Letters, 80, 1778-1781.
24.Chikazumi, S. (1986) Physics of magnetism;John Wiley and Sons:New
York.
25.Chin, C. J., S. Yiacoumi, and C. Tsouris (2001) Probing DLVO forces
using interparticle magnetic forces:transition from secondary-minimum
To primary-minimum aggregation, Langmuir, 17, 6065-6071.
26.Svoboda, J. (1982) Magnetics flocculation and treatment of fine weakly
magnetic minerals, IEEE Transactions on Magnetics, 18, 796-801.
27.Fermigier, M. and A. P. Gast (1992) Structure evolution in a paramagnetic
latex suspension, Journal of Colloid and Interface Science, 154, 522-539.
28.Fermigier, M., H. E. Joanne and A. P. Gast (1994) Aggregation kinetics of paramagnetic colloidal particles, Journal of Chemical Physics, 102,
5492-5498.
29.Kantorovich, S. and A. O. Ivanov (2002) Formation of chain aggregates in magnetic fluids:an influence of polydispersity, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 252, 244-246.
30.Climent, E., M. R. Maxey, and G. E. Karniadakis (2004) Dynamics of
self-assembled chaining in magnetorheological fluids, Langmuir, 20,
507-513.
31.Chin, C. J., S. Yiacoumi, and C. Tsouris (2002) Agglomeration of
magnetic particles and breakup of magnetic chains in surfactant solutions, Colloids and surface A:Physicochemical and Engineering Aspects, 204, 63-72.
32.Smoluchowski, M. (1934) Versuch einer mathematischen theovie der
koagulationskinetic kolloider losungen, Zeitschrift fuer Physik Chemical,
92, 129-168.
33.Fuchs, N. (1934) Uber die stabilitat und aufladung der aerosloe, Zeitschrift fuer Physik, 89, 736-743.
34.Russel, W. B., D. A. Saville and W. R. Schowalter (1989) Colloidal
Dispersions, Cambridge, Univ.Press, London/New York.
35.Zhou, Z. and B.Chu, (1991) Light-scattering study on the fractal
aggregates of polystyrene spheres: Kinetic and structural approaches,
Journal of Colloid and Interface Science, 143, 356-365.
36.Burns, J. L., Y. Yun, G. J. Jameson, and S. Biggs (1997) A Light
Scattering Study of the Fractal Aggregation Behavior of a Model Colloidal System, Langmuir, 13, 6413-6420.
37.Kim, A. Y. and J. C. Berg (2000) Fractal Aggregation:scaling of fractal
dimension with Stability Ratio, Langmuir, 16, 2101-2104.
38.Janssen, J. J. M., J. M. Baltussen, A. P. van Gelder and J. A. A. J.
Perenboom (1990) Kinetics of magnetic flocculation. I. Flocculation of colloidal particles, Journal of Physics D-Applied Physics, 23, 1447-1454.
39.Bossis, G., C. Mathis, Z. Mimouni, and C. Paparoditis (1990)
Magnetoviscosity of micronic suspensions, EurophysicsLetters, 11,
133-137.
40.Shell, W. (1931) Staubausscheidung en einfachen Koerpern in Luftiltern,
Verein Deutscher Ingenieure Forschungsheft, 347.
41.O’Melia, C. R. and Stumm, W. (1967) Theory of water filtration, Journal
of American Water Association, 59, 1393-1412.
42.Yao, K. M. (1968) Influence of suspended particle size on the transport aspect of water filtration,PhD Dissertation, University of North Carolina, Chapel Hill, North Carolina.
43.Van der ven, T. G. M. and S. G. Mason (1977) The microrheology of
colloidal dispersions:orthokinetic doublet formation of spheres, Colloid
Polymer Science, 255, 468-479.
44.Kobayashi, M., T. Maekita, Y. Adachi, and H. Sasaki (2004) Colloid
stability and coagulation rate of polystyrene latex particles in a turbulent
flow, International Journal of Mineral Processing, 73, 177-181.
45.Zhang, X. and R. H. Davis (1991) Polarized optical microscopy of
anisotropic media. Imaging theory and simulation, Journal of
Fluid Mechanics, 230, 479-500.
46.Elimelech, M. ,J. Gregory, X. Jia, and R. A. Williams (1998) Particle
deposition &Aggregation:measurement,modeling and simulation, BUTTER-WORTH HEINEMANN, 138-142.
47.Tsouris, C., S. Yiacoumi, and D. A. Rountree (1996) Mechanism of
Particle flocculation by magnetic seeding, Journal of Colloid and
Interface Science, 184, 1-12.
48.Batchelor, G. K. and J. T. Green (1972) The hydrodynamic interaction of
two small freely-moving spheres in a linear flow field, Journal of Fluid Mechanics, 56, 375-400.
49.Chin, C. J., S. Yiacoumi, and C. Tsouris (2000) Secondary-minimum
aggregation of superparamagnetic colloidal particles, Langmuir, 16,
3641-3650.
50.葉政男 (1997) 磁場產生器之設計與製作及磁阻元件特性量測,國立中央大學機械研究所碩士論文。
51.王以真 (1995) 實用磁路設計,全華科技圖書公司,第八章。
指導教授 秦靜如(Ching-Ju Chin) 審核日期 2004-10-26
推文 facebook   plurk   twitter   funp   google   live   udn   HD   myshare   reddit   netvibes   friend   youpush   delicious   baidu   
網路書籤 Google bookmarks   del.icio.us   hemidemi   myshare   

若有論文相關問題,請聯絡國立中央大學圖書館推廣服務組 TEL:(03)422-7151轉57407,或E-mail聯絡  - 隱私權政策聲明