FERROFLUIDO

Da Wikipédia, a enciclopédia livre (tradução google)
 
 
 
Ferrofluido no vidro, com um ímã por baixo.
 
Steve Papell inventou ferrofluido para a NASA em 1963

Um ferrofluido (maleta de ferromagnético e fluido) é um líquido que se torna fortemente magnetizado na presença de um campo magnético. Ferrofluido foi inventado em 1963 por Steve Papell da NASA como um combustível de foguete líquido que poderia ser atraído para uma entrada da bomba em um ambiente sem gravidade pela aplicação de um campo magnético. [1]

 
 
Ferrofluido foi submerso em água com açúcar. O açúcar foi adicionado para aumentar a densidade da água a tal ponto que a imponderabilidade ferrofluido aparece

Ferrofluidos são coloidais líquidos feitos de nanoescala ferromagnéticos, ou ferrimagnéticos, partículas em suspensão num transportador fluido (geralmente um solvente orgânico ou água). Cada pequena partícula é completamente revestido com um agente tensioactivo para inibir a aglomeração. Grandes partículas ferromagnéticas pode ser arrancado da mistura coloidal homogénea, formando um grupo separado de pó magnético quando expostos a campos magnéticos fortes. A atracção magnética de nanopartículas é fraca o suficiente para que o agente tensioactivo de Van der Waals é suficiente para evitar aglomeração magnético ou aglomeração. Ferrofluidos geralmente [2] não retêm magnetização na ausência de um campo aplicado externamente e, assim, são muitas vezes classificados como "superparamagnets" em vez de ferromagnetos. [3]

A diferença entre os ferrofluidos e fluidos magnetoreológico (fluidos MR) é o tamanho das partículas. As partículas em um ferrofluido consistem principalmente de nanopartículas que são suspensos pelo movimento Browniano e, geralmente, não vai assentar sob condições normais. Partículas de fluido MR consistem essencialmente de partículas micrómetros escala que são demasiado pesadas para movimento Browniano para mantê-las em suspensão, e, assim, vai assentar ao longo do tempo devido à diferença de densidade inerente entre a partícula e o seu fluido de transporte. Estes dois fluidos têm muito diferentes aplicações, como resultado.

 

Descrição 

 
Ferrofluido é a substância oleosa coleta nos pólos do ímã que fica embaixo do prato branco.

Ferrofluidos são compostos por partículas em nano-escala (normalmente 10 nanómetros de diâmetro ou menos) de magnetite, hematiteou algum outro composto que contenha ferro, e um líquido. Isto é suficientemente pequeno para agitação térmica para dispersá-los uniformemente dentro de um fluido de transporte, e para que eles contribuem para a resposta magnética total do fluido. Isto é semelhante à forma como os iões num meio aquoso paramagnético solução de sal (tal como uma solução aquosa de cobre (II), sulfatoou de manganês (II), cloreto) tornar a solução paramagnético. A composição de um ferrofluido típica é de cerca de 5% de sólidos magnéticos, 10% de tensioactivo e 85%, por volume de transportador. [4]

Partículas em ferrofluidos são dispersas num líquido, usando frequentemente um surfactante, e, assim, ferrofluidos são suspensões coloidais - materiais com propriedades de mais de um estado da matéria. Neste caso, os dois estados de matéria são o metal sólido e líquido que se encontra. [5] Esta capacidade de mudar as fases com a aplicação de um campo magnético que lhes permite ser utilizado como selos, lubrificantes, e podem abrir novas aplicações em futuros sistemas nanoeletromecânicos.

Ferrofluidos verdadeiros são estáveis. Isto significa que as partículas sólidas não aglomerar ou mesmo na fase de separar extremamente fortes campos magnéticos. No entanto, o surfactante tende a quebrar ao longo do tempo (alguns anos), e, eventualmente, os nano-partículas irão aglomerar-se e separar-se-ão e não contribuir para a resposta magnética do fluido.

O termo fluido magnetoreológico (MRF) refere-se a líquidos semelhantes aos ferrofluidos (FF) que solidificam na presença de um campo magnético. Fluidos magneto tem micrómetros partículas magnéticas escala que são um a três ordens de magnitude maior do que as dos ferrofluidos.

No entanto, os ferrofluidos perder as suas propriedades magnéticas a temperaturas suficientemente elevadas, conhecidos como a temperatura de Curie.

Instabilidade Normal-campo 

Quando um fluido paramagnético é submetido a uma linha vertical forte campo magnético, a superfície forma um padrão regular de picos e vales. Este efeito é conhecida como a instabilidade-campo normal. A instabilidade é impulsionado pelo campo magnético; isto pode ser explicado considerando que a forma do fluido minimiza a energia total do sistema. [6]

Do ponto de vista da energia magnética, picos e vales são energeticamente favorável. Na configuração ondulada, o campo magnético está concentrado nos picos; uma vez que o fluido é mais facilmente magnetizada do que o ar, isto reduz a energia magnética. Em consequência, os picos de fluido montar as linhas de campo para o espaço até que haja um equilíbrio das forças envolvidas. [7]

Ao mesmo tempo, a formação de picos e vales é resistido por gravidade e da tensão superficial. Custa energia para mover o líquido para fora dos vales e para as pontas, e custa energia para aumentar a área de superfície do fluido. Em resumo, a formação das ondulações aumenta a energia livre da superfície e a energia gravitacional do líquido, mas reduz a energia magnética. As ondulações só irá formar acima de um magnético crítico força do campo, quando a redução da energia magnética supera o aumento em termos de superfície e de energia gravitação. [8]

Ferrofluidos tem uma excepcionalmente elevada susceptibilidade magnética e o campo magnético crítico para o início das ondulações pode ser realizada por uma pequena barra magnética.

 
Macrophotograph de ferrofluido influenciados por um ímã.

Surfactantes ferrofluido comuns 

Os tensioactivos utilizados para revestir as nanopartículas incluem, mas não estão limitados a:

Estes surfactantes impedir que as nanopartículas se aglomerem, garantindo que as partículas não formam agregados que se tornam muito pesadas para serem mantidas em suspensão pelo movimento browniano. As partículas magnéticas em um ferrofluido ideal não resolver fora, mesmo quando expostos a um campo magnético, ou gravitacional forte. Um surfactante tem um polar cabeça e cauda não polar (ou vice-versa), um dos quais absorve a uma nanopartícula, enquanto a cauda não polar (ou cabeça polar) sobressai para o meio transportador, formando um inverso ou regular a micela, respectivamente, em torno da partícula. Repulsão electrostática, em seguida, impede a aglomeração das partículas.

Embora surfactantes são úteis no prolongamento da taxa de sedimentação em ferrofluidos, eles também ser prejudicial para as propriedades magnéticas do fluido (especificamente, o fluido de saturação magnética). A adição de agentes tensioactivos (ou quaisquer outras partículas estranhas) diminui a densidade de empacotamento das ferroparticles enquanto no seu estado activado, diminuindo, assim, do fluido no estado de viscosidade, resultando num fluido activado "mais suave". Embora a viscosidade no estado (a "dureza" do fluido activado) é uma preocupação menor para algumas aplicações ferrofluido, que é uma propriedade de fluido primário para a maioria das suas aplicações comerciais e industriais e, por conseguinte, um compromisso deve ser cumprida quando considerando viscosidade on-estado versus a taxa de sedimentação de um ferrofluido.

 
Um ferrofluido em um campo magnético mostrando instabilidade-campo normal causada por um ímã de neodímio abaixo do prato

Aplicações 

Dispositivos eletrônicos 

Ver artigo principal: selo Ferrofluidic

Ferrofluidos são usados ​​para formar líquidos selos em torno dos eixos de transmissão que gira em discos rígidos. O eixo de rotação encontra-se rodeado por ímans. Uma pequena quantidade de ferrofluido, colocado no espaço entre o Íman eo eixo, será mantido no lugar por sua atração para o ímã. O fluido de partículas magnéticas forma uma barreira que impede que os detritos entrem no interior da unidade de disco rígido. De acordo com engenheiros da FERROTEC, selos ferrofluido em eixos de rotação normalmente suportar 3-4 psi; [carece de fontes?] Selos adicionais podem ser empilhadas para formar conjuntos capazes de pressões mais elevadas.

Engenharia mecânica 

Ferrofluidos têm atrito capacidades -a redução. Se aplicado na superfície de um íman suficientemente forte, tal como um feito de neodímio, pode fazer com que o íman para deslizar através de superfícies lisas, com resistência mínima.

Ferrofluidos também pode ser usado em amortecedores semi-activos em aplicações mecânicas e aeroespaciais. Enquanto amortecedores passivos são geralmente mais volumosos e concebidos para uma fonte de vibração particular em mente, amortecedores ativos consomem mais energia. Amortecedores com base ferrofluido resolver ambos os problemas e estão se tornando popular na comunidade de helicóptero, o que tem de lidar com grandes vibrações inerciais e aerodinâmicas.

Nave espacial de propulsão 

Ferrofluidos pode ser feita à escala nanométrica a forma de agulha pontas afiadas auto-montar sob a influência de um campo magnético. Quando se chegar a uma magreza crítico, as agulhas começam emissores de jactos que podem ser utilizados no futuro, como um mecanismo impulsor para impelir pequenos satélites tais como CubeSats. [9]

Ciência de materiais 

Ferrofluidos pode ser usada para estruturas de domínios magnéticos da imagem na superfície de materiais ferromagnéticos, utilizando uma técnica desenvolvida por Francisamargo. [10]

Instrumentação analítica 

Ferrofluidos têm inúmeras ópticos aplicações por causa de suas refração propriedades; ou seja, cada grão, um micromagnet, reflete a luz. Estas aplicações incluem a mediçãode viscosidade específica de um líquido colocado entre um polarizador e de um analisador, iluminada por um laser de hélio-néon.

Aplicações médicas 

Quase todas as aplicações em medicina explorar a extrema diferença de tamanho relativo entre nanopartículas magnéticas e as células vivas. As candidaturas apresentadas nesta seção fazer uso de ferrofluidos compostas por óxido de ferro nanopartículas e são chamados spion, abreviação de nanopartículas de óxido de ferro superparamagnéticas.

A primeira aplicação é droga magnética segmentação. Neste processo, as drogas seria fechada por uma camada de ferrofluido de alguma forma. A combinação poderia ser injectado uma área de corpo do paciente que exigia que o tratamento medicamentoso. As drogas que, em seguida, ser realizada no local desejado por um campo magnético e deixou-se actuar durante um período de tempo (aproximadamente 1 hora). O campo seria então desligada e as drogas seria permitido para dispersar através do corpo. Esse processo iria diminuir drasticamente a dose necessária para um tratamento para baixo para um nível em que não haverá efeitos adversos uma vez que o fármaco é libertado a partir do campo magnético. A motivação por trás deste tipo de tratamento é para ser usado para drogas com efeitos secundários adversos, ou seja a quimioterapia. [11]

A segunda aplicação é um tratamento de câncer experimental chamado alvejado hipertermia magnética. Este processo tira partido da capacidade das nanopartículas para converter a energia electromagnética em energia térmica ou calor. Aqui, ferrofluido é injectada num tecido alvo, geralmente um tumor canceroso. Um campo magnético oscilante está centrada no local, permitindo que o ferrofluido para vibrar. A vibração aumenta a energia térmica com uma frequência que não permite que a água ao redor para aquecer. O fluido pode atingir uma temperatura que mata as células desejadas, sem danificar os tecidos circundantes. [11]

A terceira é para aplicação ferrofluido para ser utilizado como um reforço de contraste em imagiologia por ressonância magnética (MRI). As imagens de RM dependem da diferença de tempos de relaxação magnéticos de diferentes tecidos para proporcionar contraste. Se ferrofluidos biocompatíveis podem ser absorvidos selectivamente por algum tipo de tecido, em seguida, os tecidos que normalmente não tem alta resolução faria. Além disso, o desenvolvimento de um método para tecidos diferentes para absorção diferentes quantidades de ferrofluido daria os tecidos drasticamente diferentes tempos de relaxação, e portanto contrastam fortemente e de alta resolução. Um exemplo deste método a ser utilizado foi ensaios envolvendo com dextrano revestido partículas de óxido de ferro. As partículas revestidas são absorvidos pelo sistema reticuloendotelial do número de células saudáveis, mas não as células cancerosas. Isso permitiria que muito boa resolução de câncer de células. [11]

O quarto e último aplicativo que está sendo discutido é um processo chamado de separação magnética de células. Esta técnica exige partículas magnéticas para ser captado por uma entidade biológica desejada semelhante ao método acima para MRI. Em seguida, uma vez que as partículas são saturadas no interior de um tecido alvo, um gradiente de campo magnético é utilizado para puxar a referida entidade de distância a partir do seu ambiente nativo. Um exemplo deste procedimento ser de grande utilidade é separar a medula óssea a partir de porções cancerosas de uma amostra, a fim de re-implantar a medula de volta para a pessoa. [11]

A transferência de calor 

Um campo magnético externo imposta a um ferrofluido com susceptibilidade variando (por exemplo, devido a um gradiente de temperatura) resulta numa força corpo magnético não uniforme, o que conduz a uma forma de transferência de calor chamado convecção termomagnético. Esta forma de transferência de calor pode ser útil quando a transferência de calor por convecção convencional é inadequada; por exemplo, em dispositivos em microescala em miniatura ou em gravidade reduzida condições.

Ferrofluidos são comumente utilizados em colunas para remover calor da bobina de voz, e para passivamente amortecer o movimento do cone. Eles residem no que normalmente seria o espaço de ar ao redor da bobina de voz, mantida no lugar por ímã do orador. Desde ferrofluidos são paramagnética, eles obedecem a lei de Curie e, assim, tornar-se menos magnético em temperaturas mais altas. Um forte ímã colocado perto da bobina de voz (que produz calor) vai atrair ferrofluido frio mais de ferrofluido quente forçando assim o ferrofluido aquecida longe da bobina de voz elétrica e em direção a um dissipador de calor. Este é um método eficiente de resfriamento que não requer nenhuma entrada de energia adicional. [12]

Ferrofluidos de composição adequada pode exibir extremamente grande melhoria na condutividade térmica (K; ~ 300% da base de condutividade térmica do fluido). A grande melhoria em k é devido ao transporte eficiente de calor através de percolação de nanopartículas caminhos. Nanofluidos magnéticas especiais com condutividade térmica sintonizável a relação de viscosidade podem ser utilizados como materiais inteligentes "multifuncionais que podem remover calor e também prender vibrações (abafador). Esses líquidos podem encontrar aplicações em dispositivos microfluídicos e sistemas microeletromecânicos (MEMS). [13]

Optics 

A investigação está em curso para criar um espelho magnético de óptica adaptativa forma de mudança de ferrofluido para astronômicos terrestres telescópios. [14]

Filtros ópticos são usadas para selecionar diferentes comprimentos de onda da luz. A substituição dos filtros é incómodo, especialmente quando o comprimento de onda é alterada continuamente com lasers do tipo ajustável. Filtros sintonizáveis ​​óptica para os comprimentos de onda diferentes, variando o campo magnético pode ser construído usando emulsão ferrofluido. 

 

Referências 

 US Patent # 3215572 arquivado 9 de outubro de 1963https://www.google.com/patents/US3215572

1.     Albrecht, T .; Bührer, C .; Fähnle, M .; Maier, K .; Platzek, D .; Reske, J. (1997)."Primeira observação de ferromagnetismo e domínios ferromagnéticos em um metal líquido". Física Aplicada A: Ciência dos Materiais e Processamento 65 (2): 215. bibcode:1997ApPhA..65..215A. Doi: 10,1007 / s003390050569.

2.      Voit, Kim e Zapka. "Comportamento magnético de nanopartículas de óxido de ferro revestidas superparamagnéticos em ferrofluidos". NCBI. Pubmed. Obtido 2 de Julho de2014.

3.     Helmenstine, Anne Marie. Como fazer líquidos de geladeira. chemistry.about.com

4.     Vocabulário. Education.jlab.org. Recuperado em 2011-11-23.

5.      Andelman & Rosensweig, pp. 20-21.

6.      Andelman & Rosensweig pp 21, 23.; Figo. 11

7.     Andelman & Rosensweig p. 21

8.     Raval, Siddharth (2013). Novos Propulsores sendo desenvolvido para Nanosats. Revista Segurança espaço. Disponível: http://www.spacesafetymagazine.com/2013/10/17/novel-thrusters-developed-nanosats/ Acessado em: 2013/10/17.

9.     Mee, CD (1950). O Mecanismo de Colloid Aglomeração na formação de padrões amargo.Proceedings of the Physical Society. Seção A, 63 (8), 922. doi: 10,1088 / 0370-1298 / 63/8/122

10.  Scherer, C. e Figueiredo Neto, AM (2005) "Ferrofluidos: propriedades e aplicações" (PDF). Revista Brasileira de Física 35 (3A):. 718-727 bibcode: 2005BrJPh..35..718S. doi: 10.1590 / S0103-97332005000400018.

11.   Rlums, Elmars (1995). "Novas Aplicações de calor e massa Processos de Transferência em sensível à temperatura fluidos magnéticos" (PDF). Revista Brasileira de Física 25(2).

12.  Shima, PD; Philip, John (2011). "Sintonia de Condutividade Térmica e Reologia de nanofluidos Usando um estímulo externo". O Journal of Physical Chemistry C 115 (41): 20097. doi: 10,1021 / jp204827q.

13.  Hecht, Jeff (7 de Novembro de 2008). "Morphing espelho poderia limpar os céus para osastrônomos". New Scientist.

14.  Philip, John; Jaykumar, T; Kalyanasundaram, P; Raj, Baldev (2003). "Um filtro óptico sintonizável". Measurement Science and Technology 14 (8): 1289. bibcode:2003MeScT..14.1289P. Doi: 10,1088 / 0957-0233 / 14/8/314.

15.  SnOil - A exposição física Baseado em ferrofluido. freymartin.de

Bibliografia 

·         Andelman, David; Rosensweig, Ronald E. (2009). "A Fenomenologia das Fases Modulada: a partir de sólidos magnéticos e fluidos para filmes e polímeros orgânicos". Em Tsori, Yoav; . Steiner, Ullrich Polymers, líquidos e colóides em campos elétricos: instabilidades interfaciais, orientação e transições de fase. Scientific Mundial. pp. 1-56. ISBN 978-981-4271-68-4.

·         Berger, Patricia; Nicholas B. Adelman; Katie J. Beckman; Dean J. Campbell; Ellis, Arthur B .; Lisensky, George C. (1999). "Preparação e propriedades de um ferrofluido aquosa". Journal of Chemical Education 76 (7): pp. 943-948. Doi: 10,1021 / ed076p943. ISSN 0021-9584. 

Ligações externas 

Como funciona ferrofluido vídeo

·         Uma comparação de ferrofluido e fluido MR (na parte inferior da página)

·         Química vem vivo: Ferrofluido

·         Projeto de pesquisa sobre ferrofluides

·         Fluxo comportamento de ferrofluidos

·         MIT explora Applications ferrofluido

·         Ferrofluido Esculturas por Sachiko Kodama (Google Video)

·         Daniel Rutter tem algum divertimento com Ferrofluido

·         Válvula de alta pressão

·         Ferrofluido Esculturas história vídeo FLYP mídia em Sachiko Kodama, um artista que trabalha com ferrofluido.

·         Selo líquido para Stirling pistão (vídeo)

·         Ferrofluido Síntese

·         Grupo educação interdisciplinar: Ferrofluidos (contém vídeos e um laboratório para a síntese de ferrofluido)

·         Síntese de um Aqueous Ferrofluido - instruções em PDF e DOC formato

 

 

TUDO PARA PESQUISA, ACESSE AQUI O BUSCADOR ACADEMICO