TUDO SOBRE FERROFLUIDO

 

Introdução

Nos últimos anos, os investigadores têm preparado ferrofluidos, que têm as propriedades de fluido de um líquido e as propriedades magnéticas de um sólido. Os ferrofluidos realmente conter pequenas partículas (~ 10 nm de diâmetro) de um sólido magnético em suspensão num meio líquido.

Ferrofluidos foram originalmente descoberto na década de 1960 no Centro de Pesquisa da NASA, onde os cientistas foram investigar diferentes possíveis métodos de controle de líquidos no espaço. Os benefícios de um fluido magnético foram imediatamente óbvia: A localização do fluido pode ser controlado com precisão através da aplicação de um campo magnético, e, fazendo variar a força do campo, os fluidos pode ser forçado a fluir. Os investigadores têm preparado ferrofluidos contendo pequenas partículas de metais ferromagnéticos, tais como o cobalto e o ferro, bem como compostos magnéticos, tais como o manganês ferrite de zinco, Zn x Mn 1-x Fe 2 O 4. (0 <x <1, o que é uma família de soluções sólidas). Mas, de longe, a maior parte do trabalho foi realizado em ferrofluidos que contêm pequenas partículas de magnetite, Fe 3 O 4.

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Como eles funcionam

Ferrofluidos contendo magnetite pode ser preparada por combinação de quantidades apropriadas de um (II) um sal de Fe e de Fe (III) em solução de sal de base, uma combinação que faz com que o óxido de valência mista, Fe 3 O 4, para precipitar a partir da solução:

2 FeCl 3 + FeCl 2 + 8 NH 3 + 4H 2 O -> Fe 3 O 4 + 8 NH 4 Cl

No entanto, as partículas de magnetite deve manter-se pequena, a fim de permanecer em suspensão no meio líquido. Para mantê-los pequenos, e van der magnética Waals devem ser superados para evitar que as partículas se aglomerem. Movimento térmica de magnetite partículas menores que ~ 10 nm de diâmetro é suficiente para impedir a aglomeração devido a interacções magnéticas.

A van der Waals atração entre duas partículas é mais forte quando as partículas se aproximam a curtas distâncias. Por conseguinte, um método para prevenir a aglomeração devido à de van der Waals e forças magnéticas é a de manter as partículas separadas bem. Esta separação pode ser conseguida através da adição de um agente tensioactivo para o meio líquido. Os agentes tensioactivos podem gerar repulsões estéricas ou seja electrostáticas entre as partículas magnéticas. Por exemplo, o ácido oleico cis pode ser utilizado para ferrofluidos à base de óleo como um surfactante que produz repulsões estéricas. O tensioactivo é um hidrocarboneto de cadeia longa com uma cabeça polar que é atraído para a superfície da partícula de magnetite; assim, um revestimento de agente tensioactivo é formada sobre a superfície.As cadeias longas de as caudas de actuar como um amortecedor e repelente de evitar a aproximação próxima de outras partículas de magnetite (Figura 1). 
A. 2 FeCl 3 + FeCl 2 + 8 NH 3 + 4H 2 O -> Fe 3 O 4 + 8 NH 4 Cl

B. Adicionou-se ácido cis-oleico, CH 3 (CH 2) 7 CH = CH (CH 2) 7 COOH, em óleo.

C. Retire a água:

Figura 1. Uma preparação de ferrofluido: (A) condições de síntese para a produção de Fe 3 O 4 (s); (B) Adição de tensioactivo; e (C) a remoção de água para se obter partículas pequenas de Fe 3 O 4estabilizadas pela interacção das extremidades polares das moléculas de ácido oleico com as partículas de magnetite, e através da interacção das extremidades não polares das moléculas de ácido oleico com o petróleo que serve como o meio líquido.

Tensioactivos iónicos tais como o hidróxido de tetrametilamónio pode ser utilizado como um agente tensioactivo, que produz repulsão electrostática num meio aquoso. Os iões hidróxido são atraídos para a superfície de cada partícula de magnetite, formando uma camada carregada negativamente na superfície da magnetite. Os catiões de tetrametil amónio são atraídos para a camada carregada negativamente, formando uma camada positivo. Quando as partículas de magnetita se aproximam as repulsões entre suas camadas carregados positivamente os impede de ficar muito perto. (Figura 2).

A. 2 FeCl 3 + FeCl 2 + 8 NH 3 + 4H 2 O -> Fe 3 O 4 + 8 NH 4 Cl

B. Substitua excesso de NH 4 OH em ​​Fe 3 O 4 superfície com N (CH 3) 4 OH

Figura 2. Uma preparação de ferrofluidos: (A) as condições de síntese para a produção de Fe 3 O 4 (s); e (B) a adição de surfactante para dar pequena partícula de Fe 3 O 4 (círculos sombreados) estabilizado por interacção dos aniões de hidróxido com a magnetite e pelas interacções dos catiões tetrametilamónio com a água que serve como o meio.

Alguns ferrofluidos são então atraídas para os campos magnéticos que eles estarão até ao longo das linhas de campo magnético, que formam uma matriz de pontos (Figura 3).

Figura 3. superior e lateral vistas sobre o fenômeno spiking magnético observado quando um ímã da vaca é colocado debaixo de uma placa de Petri contendo um ferrofluido. Os alinha ferrofluido com as linhas do campo magnético do ímã para produzir os pontos.

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Aplicações

Embora a matriz de pontos na superfície do ferrofluido é espectacular, esta propriedade não é particularmente útil. No entanto, ferrofluidos têm encontrado uma ampla variedade de aplicações, incluindo o uso na rotação vedações do eixo. Um ferrofluido pode comportar-se como um líquido, onde o O-ring de um eixo de rotação entre num baixo ou câmara de alta pressão. O ferrofluido é mantida no lugar por magnetos permanentes e forma uma vedação apertada, eliminando a maior parte do atrito produzido em uma vedação mecânica tradicional. Estes selos eixo de rotação encontram-se em ânodo rotativo gerador de raio-X e em câmaras de vácuo utilizado na indústria de semicondutores. Selos ferrofluido são usados ​​em unidades de disco de computador de alta velocidade para eliminar as partículas de poeira nocivas ou outras impurezas que podem causar as cabeças de leitura de dados a colidir com os discos.

Outra aplicação é de ferrofluidos em melhorar o desempenho do alto-falantes. Em um altifalante, a energia eléctrica é enviada através de uma bobina localizada no centro de um íman permanente circular. O campo magnético induzido pela energia eléctrica faz com que a bobina para vibrar e, assim, produz som e calor. Banhando a bobina elétrica em um ferrofluido, que é mantida no lugar por ímãs permanentes circulares, umedece ressonâncias indesejáveis ​​e também fornece um mecanismo para dissipar o calor do excesso de energia fornecida à bobina. Ambos esses fatores levam a uma melhor qualidade geral do som.

Finalmente, há muita esperança para futuras aplicações biomédicas de ferrofluidos. Por exemplo, os pesquisadores estão a tentar criar ferrofluidos que podem transportar medicamentos para locais específicos no corpo através da utilização de campos magnéticos aplicados. Outros trabalhos em curso está a investigar o uso de ferrofluidos como agentes de contraste para ressonância magnética (MRI).

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Referências

Adaptado de Ensino de Química Geral: A Companion Ciência dos Materiais pela AB Ellis, MJ Geselbracht, BJ Johnson, GC Lisensky, e WR Robinson. Copyright © 1993, American Chemical Society, Washington, DC.

 

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