磁流體磁化率-溫度測量中的二階相變現象.pdf

1、本論文針對腫瘤磁感應熱療中的溫度測量和射頻加熱效率等關鍵問題，借助蒙特卡羅仿真和實驗測試等手段研究磁流體在生物醫(yī)學溫度窗口內的統(tǒng)計熱力學行為，最終發(fā)現磁納米粒子受溫度調制的聚集體分離二階相變現象，為活體內磁納米粒子溫度測量模型的修正及腫瘤熱療法加熱系統(tǒng)的設計提供理論依據。論文的主要研究工作如下：
　?。?）提出基于磁化曲線離散化的粒徑分析方法獲取了磁流體中聚集體類型的信息。該方法不同于現有的光學、聲學等實驗方法，而是從磁學測量和信

2、息理論的角度獲取粒徑分布中隱含的聚集體信息，發(fā)現磁流體中二聚體含量占優(yōu)勢，僅有少量三聚體和多聚體存在。
　　（2）采用蒙特卡羅模擬方法研究溫度對磁流體中聚集分離行為的影響?；贑luster-moving算法的Metropolis蒙特卡羅模擬方法，通過仿真磁納米粒子間存在相互作用的情況下二維磁流體系統(tǒng)的行為，得到了不同溫度下的磁納米粒子聚集體型貌。研究發(fā)現，組成聚集體的粒子個數以及聚集體的體積分數均隨溫度的升高而減小，說明聚集體中

3、的粒子發(fā)生了分離，且較多粒子組成的聚集體是逐步分裂成單體的；同時，相同類型的不同聚集體可能具有不同的磁矩。
　?。?）建立基于聚集體分離二階相變過程的溫度模型，得到磁化率倒數與溫度的具體函數關系，以及聚集體分離的相變溫度。在朗道二階相變理論的基礎上，通過選擇聚集體的體積分數作為序參量，推導聚集體分離的二階相變模型，并由此對描述無相互作用的單體磁納米粒子磁化曲線的經典朗之萬方程進行修正，從而建立了基于聚集體分離二階相變的磁化率倒數與

4、溫度的數學模型。由于磁流體中的聚集體發(fā)生分離，300～340 K溫度范圍內磁流體樣品的磁化率倒數與溫度的關系不符合居里定律描述的線性關系，而是呈現向上彎曲的非線性。實驗數據的非線性與理論推導相互印證，據此可得到聚集體完全分離成單體的相變溫度。
　?。?）建立交變磁場頻率與聚集體分離相變溫度的數學模型，分析提高熱療法中磁納米粒子加熱效率的方法。低頻交變磁場激勵下的磁流體磁化率倒數與溫度的實
　　驗曲線發(fā)現，表征聚集體分離過程的