Academic literature on the topic 'Fluides magnétiques – Propriétés magnétiques'

[fr] La grotte d’Angel, datée du Pléistocène moyen et de la base du Pléistocène supérieur, a livré un important matériel lithique et faunistique, et présente un intérêt exceptionnel dans la Péninsule Ibérique. Vu son importance, et dans le cadre d’un programme de recherche européen (N°IDPH/ER/05), une étude pluridisciplinaire a été réalisée sur le remplissage sédimentologique et les vestiges archéologiques. Nous présentons dans cet article les résultats de l’étude des propriétés magnétiques du remplissage de la grotte. Cette approche a révélé la présence de deux unités stratigraphiques. L’unité magnetostratigraphique inférieure se caractérise par une forte concentration en grains magnétiques, parmi lesquels un fort pourcentage en grains superparamagnétiques (SP). Les minéraux magnétiques sont d’origine secondaire, de petite taille, de nature douce et dominés par la magnétite et la maghémite. Ces derniers ont subi une évolution géochimique post-dépositionnelle importante (forte pédogenèse). Au contraire, dans l’unité supérieure, les valeurs des différents paramètres magnétiques sont faibles et les minéraux magnétiques sont d’origine détritique et se caractérisent par une force coercitive élevée, conforme à la présence d’hématite.

Ce travail étudie l'organisation structurale et la thermodiffusion de dispersions de nanoparticules (NPs) magnétiques de ferrite obtenues par coprécipitation en milieu alcalin d'ions Fe3+ et M2+ (M2+ = Co2+, Mn2+), protégées par une couronne de maghémite. Les échantillons sont - soit directement issus de la synthèse à une fraction volumique Φ ≈ 1%, pH ≈ 2 et une force ionique I mal contrôlée, - soit à pH = 3 et I = 10-3 mol/L, tous deux fixés par stress osmotique jusqu’à Φ ≈ 30 % (puis dilution éventuelle). L’organisation spatiale des NPs, chargées positivement, est testée par diffusion de rayons X aux petits angles. L’analyse de l’intensité diffusée permet d’extraire facteurs de forme et de structure des NPs dans des situations allant depuis de faibles attractions entre NPs jusqu’à de fortes répulsions, pour lesquelles aux très fortes Φ, le colloïde devient vitreux. Le pic premier-voisin du facteur de structure, observé en phase Fluide tend alors à disparaître. La dynamique des NPs est sondée par diffusion Rayleigh forcée. Un motif périodique de température est créé dans l’échantillon fluide via l’image d’une grille par un faisceau pompe induisant par effet Soret un réseau de concentration en NPs : à la coupure de la pompe le réseau relaxe par diffusion massique des NPs. La modulation temporelle de la pompe permet de déterminer le coefficient Soret ST négatif, les NPs migrent vers les zones chaudes. Celui-ci est proportionnel à la compressibilité du système des NPs. Un modèle de type Carnahan-Starling est proposé pour décrire la dépendance en Φ de la compressibilité et de ST dans la gamme des faibles Φ, où les échantillons restent fluides, loin de la transition vitreuse
The spatial organization and the thermodiffusion of ferrite magnetic nanoparticles (NPs) in dispersion are here studied. The NPs are obtained by coprecipitation of Fe3+ and Co2+ (or Mn2+) ions in alkaline medium and protected by a maghemite shell. Colloidal samples are either directly issued from chemical synthesis at volume fraction Φ ≈ 1% and pH ≈ 2 with the ionic strength I badly controlled, or at pH Φ ≈ 3 with I = 10-3 mol/L, both being fixed by osmotic stress at Φ up to 30%. . A controlled sample dilution is then possible. Spatial organization of positively charged NPs is probed by small angle x-ray scattering. The analysis of the scattered intensity allows to extract form and structure factors of the NPs, in conditions ranging from weakly interparticle attraction to strong repulsion for which at large Φ the system becomes glassy. The first-neighbor peak of the structure factor, observed in Fluid phase, tends to disappear in glassy samples. The NPs dynamics is probed by Rayleigh forced scattering. A periodic array of temperature is created in the fluid sample via the image of a grid using a pump beam. It induces by Soret effect, an array of NPs concentration in the sample. If the pump beam is shut down, the concentration array relaxes by massic NPs diffusion. A temporal pump modulation allows to determine the Soret coefficient ST, here negative, the NPs go towards hot regions. ST is proportionnal to the compressibility of the NPs system. A description based on a Carnahan-Starling model is proposed to describe the Φ-dependence of both compressibity and Soret effect in the range of weak Φ's, where the samples remain Fluid, far from the glassy transition
Nesse trabalho, investigamos a organização estrutural e a dinâmica de dispersões de nanopartículas (NPs) magnétiques de ferrita obtidas por coprecipitação em meio alcalino de íons de Fe3+ e M2+ (M2+ = Co2+, Mn2+), protegidas por uma coroa de maguemita. As amostras são obtidas à partir da síntese com uma fração volumétrica Φ ≈ 1%, pH ≈ 2 e uma força iônica I imprecisa, ou em pH = 3 e I = 10-3 mol/L, ambos valores fixados por compressão osmótica até Φ ≈ 30 % (seguido eventualmente de uma diluição). A organização estrutural das NPs, que são carregadas positivamente, é investigada por espalhamento de raios X em baixo ângulo. A análise da intensidade espalhada permite extrair fatores de forma e de estrutura das NPs desde situações onde existem atrações pouco intensas entre NPs para situações de fortes repulsões interpartículas até mais altas concentrações nas quais o colóide se torna vítreo. O pico de primeiro vizinho do fator de estrutura, observado na fase fluida, tende a colapsar. A dinâmica das NPs é testada por espalhamento Rayleigh forçado. Um padrão periódico de temperatura é criado em amostras fluidas utilizando a imagem de uma grade formada por um feixe de luz. Este induz uma rede de concentração via efeito Soret: Quando o feixe de luz é cancelado, a rede relaxa por difusão de massa de NPs. A modulação temporal do feixe de luz permite determinar o coeficiente Soret ST negativo, as NPs migram para regiões quentes. Este é proporcional à compressibilidade do sistema de NPs. Um modelo de Carnahan-Starling é proposto para descrever a dependência com Φ da compressibilidade e de ST numa gama de valores baixos de Φ onde as amostras permanecem fluidas, longe da transição vítrea

Au cours de cette thèse j'ai d'abord étudié les propriétés magnéto-diélectriques de ferrofluides (essentiellement les variations de leur permittivité en présence d'un champ magnétique continu) puis la perméabilité de ces liquides magnétiques en utilisant la méthode du tore fendu. Parmi les objectifs du DIOM figure la réalisation de composants passifs hyperfréquences en couches minces. Celles-ci peuvent être obtenues au Laboratoire par pulvérisation cathodique radio-fréquence. Il est nécessaire de connaître leur perméabilité. Les méthodes décrites jusqu'ici dans la littérature sont bien adaptées à la mesure de couches à perméabilité élevée. La boucle de mesure, entourant la couche magnétique avec son substrat, est sensible à la contribution des deux milieux. Je propose une technique de mesure inductive ne prenant en compte que les caractéristiques de la couche déposée où la boucle de mesure n'entoure que la couche. Cette technique a été validée à plus grande échelle et des mesures préliminaires ont été effectuées sur des couches minces de BaM et de YIG déposées sur un substrat d'alumine. Ces mesures m'ont permis de détecter les différentes difficultés et sources d'erreurs et de les résoudre. Les dimensions du prototype sont relativement grandes (2cm X 5cm) ce qui, étant données les dimensions de la cible dont le diamètre est de 75mm, entraîne une certaine variation du profil de l'épaisseur des couches ; mais des essais n'utilisant que quelques rubans proches d'un bord de l'échantillon ont montré que cela n'entraînant pas d'erreur prohibitive. Ainsi une perméabilité relative voisine de 25 (YIG) est mesurable avec une précision de l'ordre de plus ou moins 10%
During this thesis I initially studied the magneto-dielectric properties of ferrofluids (primary variations of their permittivity in the presence of a d-c magnetic field) then the permeability of these magnetic liquids by using the method of the split torus. Among the objectives of DIOM laboratory is the realization of ultra high frequencies passive components with thin layers. Those can be obtained at the Laboratory by radio frequency cathodic sputtering. It is necessary to know their permeability. The methods described up to now in the literature are well adapted to measurement of layers with high permeability. The measurement loop, surrounding the magnetic layer with its substrate, is sensitive to the contribution of both media. I propose an inductive measurement technique taking into account only the characteristics of the layer desposited where the loop surrounds exclusively the layer. This technique was validated on a large scale and preliminary measurements were carried out on thin layers of BaM and YIG deposited on alumina substrate. These measurements enabled to detect the various difficulties and sources of error and to solve them. The prototypes dimensions are relatively large (2cm X 5cm) involving, being given the dimensions of the target (75 mm diameter), a certain variation of the layers' thickness profile. However some tests involving close the edge strips showed that it didn't lead to prohibitary errors. Finally, I could measure a relative permeability of 25 for thin film of YIG, with a precision of about 10%

Cette thèse a pour objectif principal d'explorer les effets de l’assemblage créé par les interactions magnétiques dipolaires entre des nanoparticules magnétiques en suspension colloïdales dans un liquide (ferrofluide) sur les propriétés magnétiques de ce ferrofluide. Ce travail se base sur la caractérisation approfondie de ferrofluides constitués de nanoparticules en forme de fleurs composées de matériaux magnétiques durs tels que la ferrite de cobalt (CoFe2O4), ou de matériaux magnétiques mous comme la ferrite de manganèse (MnFe2O4) et la maghémite (γ-Fe2O3). Les propriétés magnétiques de ces ferrofluides ont été mesurées à l'aide de magnétométrie classique, mettant en évidence l'influence significative de la composition chimique des nanoparticules sur les caractéristiques macroscopiques du ferrofluide. De plus, je me suis intéressée à la structuration des nanoparticules dans le ferrofluide liquide, en observant des particules isolées ainsi que la formation d'assemblages et d'agrégats, grâce à une méthode de Microscopie Electronique en Transmission cryogénique, avec un protocole développé spécifiquement pendant la thèse. L'impact de la morphologie des nanoparticules sur leurs propriétés magnétiques a été exploré grâce à la tomographie, imagerie en trois dimensions des nanoparticules, en collaboration avec le laboratoire IPCMS de Strasbourg. À l'échelle nanométrique, les propriétés magnétiques des assemblages ont été mesurées au moyen de l'holographie électronique, en collaboration avec le laboratoire CEMES de Toulouse. L'introduction des ferrofluides binaires, définis comme des mélanges de ferrofluides composés de nanoparticules de matériaux magnétiques durs et mous, a permis d'explorer de nouvelles interactions magnétiques dipolaires. Ces matériaux permettent de créer des ferrofluides aux propriétés nouvelles pouvant présenter un intérêt pour des applications biomédicales. Ces ferrofluides binaires ont révélé des propriétés magnétiques globales originales qui diffèrent de la simple addition des propriétés individuelles des ferrofluides originels. En outre, l'organisation des nanoparticules dans le ferrofluide binaire a été minutieusement étudiée en utilisant la spectroscopie chimiquement sélective et résolue spatialement par microscopie à rayons X en transmission sur la ligne HERMES du synchrotron SOLEIL, permettant d'obtenir des cartographies chimiques d’assemblages de nanoparticules de CoFe2O4 et de MnFe2O4. La séparation des contributions magnétiques des deux types de nanoparticules composant le ferrofluide binaire a été réalisée à l'aide d’une technique de magnétométrie appelée diagramme de FORC (First Order Reversal Curve), en collaboration avec le laboratoire IPGP. Les diagrammes de FORC ont permis d’identifier et d’évaluer l’influence des nanoparticules de CoFe2O4 sur le comportement magnétique des nanoparticules de MnFe2O4 dans le ferrofluide binaire. De plus, des mesures de courbes d’aimantation chimiquement sélective par spectroscopie ont été réalisées grâce à une cellule liquide permettant une mesure in-situ des ferrofluides, avec des expériences menées sur la ligne GALAXIES du synchrotron SOLEIL. Enfin, une comparaison des propriétés magnétiques de différents ferrofluides binaires a été entreprise, en variant le ratio entre matériau magnétique dur et mou, la composition du matériau mou ainsi que la taille des nanoparticules, offrant ainsi une perspective complète sur les possibilités de conception et d'optimisation de ces matériaux magnétiques avancés. Cette thèse établit une relation significative entre la structuration des nanoparticules dans le ferrofluide et leurs propriétés magnétiques
The main objective of this thesis is to explore the effects of the assembly caused by dipolar magnetic interactions between magnetic nanoparticles suspended in a liquid (so-called ferrofluid) on the magnetic properties of this ferrofluid. It is based on the in-depth characterization of ferrofluids made up of flower-shaped nanoparticles composed of hard magnetic materials such as cobalt ferrite (CoFe2O4), or soft magnetic materials such as manganese ferrite (MnFe2O4) and maghemite (γ- Fe2O3). The magnetic properties of these ferrofluids were measured using standard magnetometry methods, highlighting the significant influence of the chemical composition of the nanoparticles on the macroscopic characteristics of the ferrofluid. In addition, this research focused on the structuring of nanoparticles in liquid ferrofluid, by observing isolated particles, as well as the formation of assemblies and aggregates, using a cryogenic Transmission Electron Microscopy method, with a protocol developed specifically during the thesis. The impact of nanoparticle morphology on their magnetic properties was explored using tomography, three-dimensional imaging of nanoparticles, in collaboration with the IPCMS laboratory in Strasbourg. At the nanoscale, the magnetic properties of the assemblies were measured using electron holography, in collaboration with the CEMES laboratory in Toulouse. The study of binary ferrofluids, defined as ferrofluid mixtures composed of nanoparticles of hard and soft magnetic materials, has enabled new dipolar magnetic interactions to be explored. These new materials allow creating ferrofluids with novel properties that may be of interest for biomedical applications. These binary ferrofluids have revealed original bulk magnetic properties that differ from the simple addition of the individual properties of the original ferrofluids. In addition, the organization of nanoparticles in the binary ferrofluid has been meticulously studied using chemically selective and spatially resolved transmission X-ray microscopy on the HERMES beamline at the SOLEIL synchrotron, yielding chemical mappings of CoFe2O4 and MnFe2O4 nanoparticle assemblies. The separation of the magnetic contributions of the two types of nanoparticles composing the binary ferrofluid was achieved using a magnetometry technique known as the FORC (First Order Reversal Curve) diagram, in collaboration with the IPGP laboratory. FORC diagrams were used to assess the influence of CoFe2O4 nanoparticles on the magnetic behavior of MnFe2O4 nanoparticles in the binary ferrofluid. In addition, spectroscopic measurements of chemically selective magnetization curves were carried out using a liquid cell for in-situ ferrofluid measurements, with experiments carried out on the GALAXIES beamline at the SOLEIL synchrotron. Finally, a comparison of the magnetic properties of different binary ferrofluids was undertaken, by varying the ratio between hard and soft magnetic components, the composition of the soft material as well as the size of the nanoparticles, thus providing a comprehensive perspective on the design and optimization possibilities of these advanced magnetic materials. This thesis establishes a significant relationship between the structuring of nanoparticles in ferrofluid and their magnetic properties

Un liquide magnétique est constitué d'un liquide contenant, en suspension stable et homogène, de petits grains nanométriques d'un matériau magnétique. Ces liquides colloïdaux présentent évidemment une faculté importante : celle de combiner les propriétés des différents éléments les constituant, à savoir les propriétés des liquides associées à celles des grains magnétiques. Leurs applications sont déjà nombreuses dans les domaines de la mécanique, de l'instrumentation physique, du génie biologique et médical. Ce mémoire a pour but de fournir la mesure des paramètres caractérisant l'anisotropie optique linéaire magnéto-induite des liquides magnétiques, ainsi que la recherche d'applications de cet effet. On sait qu'une telle anisotropie est induite lorsque le champ magnétique appliqué au ferrofluide est perpendiculaire à la direction de propagation de la lumière. Cette configuration est appelée configuration de Voigt. Les effets engendrés sont appelées dichroisme et birefringence linéaires, et sont liés, respectivement, à deux angles ellipsométriques et que l'on mesure. Il était important d'effectuer ces mesures avec beaucoup de précision et dans un large domaine spectral visible proche infrarouge, afin d'avancer dans l'interprétation théorique des phénomènes mis en jeu et, aussi, de pouvoir concevoir et réaliser des dispositifs opto-électroniques utilisant ces matériaux nouveaux

Très intéressant entre des performances élevées et une Consommation électrique faible. Par le contrôle et l'ajustement de leurs paramètres d'amortissement, elles permettent de réaliser une optimisation en temps réel du comportement sur une large bande de fréquences de sollicitations. Cette technologie utilise les fluides MR dont la viscosité augmente sous l'action d'un champ magnétique, en quelques ms. Ce mémoire présente la conception et le dimensionnement d'un amortisseur MR ainsi que le banc de test associé. La caractérisation dynamique et statique de l'amortisseur a été effectuée. L'évaluation expérimentale de la force d'amortissement en fonction des grandeurs dynamiques et électriques a été mesurée et comparée au modèle théorique utilisé dans la phase de conception. Le comportement en régime statique de l'amortisseur a été modélisé par un modèle de Bingham et le comportement dynamique par un modèle de Bouc-Wen. La dernière partie de l'étude concerne la mise en place et la validation de plusieurs lois de contrôle pour les suspensions semi-actives, notamment de nouvelles lois basées sur l'inversion du modèle REM. Une comparaison des performances en termes de confort et de consommation électrique de chaque loi est présentée. Ces nouvelles lois de contrôle ont montré de très bonnes performances tout en réduisant la consommation électrique par rapport aux autres lois déjà existantes
In the automotive field, semi-active suspensions based on magnetorheological (MR) fluid put forward a very interesting compromise between high performance and low power consumption. These devices have adjustable properties and damping parameter that can be controlled thereby optimize in real time their behavior over a wide frequency range of excitations. Under an external magnetic field, the MR fluids see their viscosity increases, with a response time lower than few milliseconds. In this dissertation, we present the design of a MR damper and an experimental test bench for a scaled-down semi-active suspension. The static and dynamic characterization of the damper is shown. Experimental evaluation of the damping force according to dynamic and electrical variables is presented and compared with the specifications used to assess the design method proposed. A Bingham model is proposed for the static behaviour of the damper whereas the dynamic behaviour is explained by a Bouc-Wen model. The last part of this study concerns the development and validation of several control and strategy laws for semi-active suspensions, in particular innovative laws based on model inversion EMR. A comparison performances study from comfort and power consumption point of view of each law is presented. Compared to existing control laws, these new control laws shown very interesting performances while reducing power consumption

Le but principal de ce travail est la présentation de la formulation mathématique et l’analyse des propriétés viscoplastiques du fluide magnétorhéologique dans des conditions d’exploitation d’amortisseur ainsi que la détermination des dimensions optimum de l’orifice d’écoulement du fluide MR dans le dispositif de ce type. Une analyse particulière de la littérature a été effectuée. Nous nous sommes limités à deux types d’amortisseurs: l’amortisseur LORD RD 1005-3 et le prototype d’amortisseur T-MR SiMR 132 DG. Les résultats expérimentaux ont permis de déterminer la limite élastique et la contrainte maximale de cisaillement du fluide MR sous tension en fonction de différentes vitesses de cisaillement, différentes intensités du courant, températures et hauteurs d’orifice d’écoulement. Les modèles viscoplastiques identifiés ont permis de simuler le comportement du fluide MR et de comparer les résultats numériques avec ceux obtenus par des mesures. On a constaté une bonne concordance des courbes tracées dans ces deux cas, ce qui permet de conclure qu’il est possible d’utiliser les modèles viscoplastiques des métaux pour décrire le comportement du fluide magnétorhéologique
The main goal of this dissertation is a mathematical description and an analysis of viscoplasticproperties of magnetorheological fluid, in operational conditions of the damper’s work, as well as the determining the optimum, in view of indicated values of parameters, size of the gap for the MR fluid to flow, in these devices. A detailed analysis of literature was made. The scope of research work has been limited to two types of magnetorheological devices: the shock absorber LORD RD 1005-3 and the MR damper prototype T-MR SiMR -132 DG. On the basis of performed experiments, it has been estimated i.e.: conventional yield point and the maximum shear stress of analyzed MR fluid, including variable shear rate, intensity of current flowing in a solenoid, liquid’s temperature and the gap height. Identified viscoplastic models were used to develop a simulation that verifies the proposed mathematical model which describes the behaviour of MR fluid in operating gap of machine’s head, with data derived from performed experiments

Cette thèse porte sur l'étude des propriétés structurales, mécaniques et magnétiques de tôles FeSi et FeSiAl soumises à des traitements thermiques conventionnels et des traitements thermochimiques de nitruration. La surface des échantillons nitrures révèle la présence d'une couche biphasée de nitrures de fer. Une microstructure en aiguilles, accompagnée d'une évolution de la taille des grains est également observée à l'intérieur de la matrice des échantillons nitrurés en lit fluidisé. Cette morphologie est fonction de la température, du temps de nitruration et du débit de gaz. Une analyse fine de la composition des couches de combinaison et de diffusion révèle la présence de fer et d'oxydes de fer en extrême surface. Par ailleurs, les mesures mécaniques locales montrent comment la microdureté évolue avec les paramètres de nitruration. Des mesures magnétiques (aimantation, cycle d'hystérésis) sur des échantillons nitrurés ont montré une augmentation du champ coercitif et des pertes par hystérésis en relation avec la présence des couches de nitrures de fer en surface. Ces couches de nitrures présentent des propriétés magnétiques semi-dures qui pourraient être exploitables en technologie de l'électrotechnique.

L'introduction des systèmes 2D en spintronique a été à l'origine de plusieurs découvertes majeures et de phénomènes originaux. Ce chapitre passe en revue les avancées et applications dans ce domaine, comme l'effet Rashba-Edelstein inverse, le transport de spin dans les matériaux 2D et leur intégration dans les jonctions tunnel magnétiques, les mémoires magnétiques à accès aléatoire et les propriétés de spin des isolants topologiques.