Magnetoforesis de una nanopartícula mágnetica en un gas diluido en régimen de transición

Abstract

Se estudió la magnetoforesis de una partícula superparamagnética suspendida en un gas diluido en régimen de transición y en presencia de un gradiente de campo magnético constante. Se determinó la fuerza de arrastre que ejerce el fluido sobre la nanopartícula resolviendo la ecuación de transporte de Boltzmann mediante el método de Chapman Enskog, obteniendo la función de distribución molecular hasta tercer orden en la aproximación del tiempo de relajación, para hallar el campo tensorial y la ecuación del movimiento del fluido. La ecuación del movimiento se resolvió para un flujo laminar con simetría esférica-axial, en ausencia de fuerza externa y utilizando condiciones de contorno de no deslizamiento, además, se parametrizo las interacciones de la interfaz solido-gas mediante la primera derivada radial de la velocidad tangencial. Por otro lado, la fuerza magnética se determinó utilizando las ecuaciones magnetostáticas de Maxwell obteniéndose la velocidad terminal de la nanopartícula a partir de la condición del equilibrio mecánico entre la fuerza magnética y la fuerza de arrastre. Las trayectorias seguidas por la partícula se obtuvieron utilizando esta velocidad terminal las cuales demostraron ser sensibles a la parametrización de las interacciones. Además, la velocidad magnetoforética presenta un comportamiento oscilante característico del régimen de transición y un comportamiento monotónico cuando el parámetro 𝜖′ toma el valor de 3/2.