Ferofluidul este un lichid care reacționează la prezența unui câmp magnetic. Este un lichid coloidal format din particule feromagnetice sau ferimagnetice la scară nano suspendate într-un fluid purtător (de obicei un solvent organic sau apă). Fiecare particulă magnetică este bine acoperită cu un agent tensioactiv pentru a inhiba aglomerarea. Particulele feromagnetice mari pot fi smulse din amestecul coloidal omogen, formând o aglomerare separată de praf magnetic atunci când sunt expuse câmpurilor magnetice puternice. Atracția magnetică a nanoparticulelor mici este suficient de slabă încât forța agentului tensioactiv Van der Waals este suficientă pentru a preveni aglomerarea sau aglomerarea magnetică. Ferofluidele de obicei nu păstrează magnetizarea în absența unui câmp aplicat extern și, prin urmare, sunt adesea clasificate ca „superparamagneți” mai degrabă decât feromagneți.
Magneo Smart vă oferă ferofluid:
- Flacon cu aproximativ 60 ml ferofluid;
- Poate fi folosit de mai multe ori;
- Include pipetă pentru o scoatere / returnare ușoară;
Sfat: Cu cât câmpul magnetic este mai puternic ferofluidul formează structuri semnificativ mai dense și mai ascuțite. Cu cât lichidul este mai subțire și câmpul magnetic este mai puternic cu atât vârfurile sunt mai înalte.
Instrucțiuni de manipulare:
Atenție! Ferofluidul are proprietăți comparabile cu cele ale uleiului de motor în ceea ce privește poluarea și, prin urmare, poate lăsa pete pe piele, îmbrăcăminte și suprafețe dificil sau imposibil de îndepărtat (în cazul textilelor). Din motive de siguranță, purtați îmbrăcăminte de protecție, ochelari de protecție și mănuși în timpul utilizării și acoperiți bine suprafețele! Aceste accesorii de protecție nu sunt incluse în livrare. În caz de contact cu pielea, curățați imediat cu apă și săpun!
Ferofluid în interacțiune cu magneți mari
Descriere
Ferofluidele sunt compuse din particule nanometrice foarte mici (diametru de obicei 10 nanometri sau chiar mai puțin) de magnetit, hematit sau alt compus care conține fier și un lichid (de obicei ulei). 1 nm = 10-9 m, adică 1 milimetru este format din 1.000.000 nanometri, fiecare particulă având în jur de 10 nanometri, asta ar însemna că ar trebui 100.000 de astfel de particule, așezate una lângă alta, pentru a forma un segment de 1 mm. Acestea sunt suficient de mici pentru a agitația termică să le disperseze uniform în interiorul fluidului purtător și să contribuie la comportamentul specific în prezența câmpului magnetic a fluidului. Acest lucru este similar cu modul în care ionii dintr-o soluție apoasă de sare paramagnetică (cum ar fi o soluție apoasă de sulfat de cupru (II) sau clorură de mangan (II)) fac soluția paramagnetică. Compoziția unui ferofluid tipic este de aproximativ 5% solide magnetice, 10% surfactant și 85% purtător, din volum.
Reprezentarea unui ferofluid
Sursa: Ferofluide - Universitatea Politehnica din Bucureşti - Sesiunea de comunicări ştiinţifice - 13.05.2011 - Irena Horobeţ și Ana Talpos - Coordonator: As. dr. ing. Lucian Petrescu http://scss.elth.pub.ro/scss%202011/L11.pdf
Particulele din ferofluide sunt dispersate într-un lichid, adesea folosind un agent tensioactiv, și astfel ferofluidele sunt suspensii coloidale - materiale cu proprietăți de la mai multe stări de agregare. În acest caz, cele două stări de agregare sunt metalul solid și lichidul în care se află. Această capacitate de a-și schimba proprietățile la aplicarea unui câmp magnetic le permite să fie utilizate în diferite aplicații ca etanșări, lubrifianți și poate chiar în alte aplicații în viitoarele ca sisteme nanoelectromecanice.
Ferofluidele sunt cu adevărat stabile. Aceasta înseamnă că particulele solide nu se aglomerează sau se separă de lichid chiar și în prezența câmpurilor magnetice extrem de puternice. Cu toate acestea, surfactantul tinde să se descompună în timp (câțiva ani) și, în cele din urmă, nano-particulele se vor aglomera și se vor separa și astfel nu vor mai putea contribui la răspunsul magnetic al fluidului. Cu toate acestea, ferofluidele își pierd proprietățile magnetice la temperaturi suficient de ridicate, cunoscute sub numele de temperatura Curie.
Spre deosebire de ferofluide, fluidele magnetoreologice (fluide MR) sunt fluide magnetice cu particule mai mari. Adică, un ferofluid conține în principal nanoparticule, în timp ce un fluid MR conține în principal particule la scară micrometrică. Particulele dintr-un ferofluid sunt suspendate prin mișcare browniană și, în general, nu se vor sedimenta în condiții normale, în timp ce particulele dintr-un fluid MR sunt prea grele pentru a fi suspendate prin mișcare browniană. Particulele dintr-un fluid MR se așază deci, în timp, datorită diferenței de densitate dintre particule și fluidul purtător. Ca rezultat, ferofluidele și fluidele MR au aplicații foarte diferite.
Instabilitatea în câmpul magnetic
Ferrofluidele prezintă efecte hidrodinamice neobișnuite datorită naturii magnetice a constituenților lor. Pe măsură ce câmpul magnetic crește în preajma unui ferofluid clasic, acesta suferă o instabilitate, numită și Rosensweig și creează structuri de suprafață conice autoorganizate, ordonate.
Interacțiunea ferofluidului cu câmpul magnetic
Când un fluid paramagnetic este supus unui câmp magnetic puternic vertical, suprafața formează un model regulat de vârfuri și văi. Acest efect este cunoscut sub numele de Rosensweig sau instabilitate în câmpul normal. Această instabilitate indusă de câmpul magnetic, poate fi explicat luând în considerare că formă a fluidului încearcă să minimizeze energia totală a sistemului. Din punct de vedere al energiei magnetice, vârfurile și văile sunt favorabile energetic. În configurația ondulată, câmpul magnetic este concentrat în vârfuri; deoarece fluidul este magnetizat mai ușor decât aerul, acest lucru scade energia magnetică. În consecință, vârfurile de fluid urmează liniile de câmp în spațiu până când există un echilibru al forțelor implicate. În același timp, formarea vârfurilor și văilor este limitată de gravitație și tensiunea superficială a lichidului. Este nevoie de energie suplimentară pentru a ridica fluidul din văi către vârfuri ceea ce determină, în fapt, creșterea suprafeței fluidului, o consecință contrară efectului câmpului gravitațional și a tensiunii superficiale. Câmpul gravitațional creează un plan la suprafața liberă a lichidelor, iar a tensiunea superficială tinde ca lichidul să capete forma o geometrică cu o suprafață cât mai mică. De aceea lichidele iau forme aproape sferice în imponderabilitate deoarece această formă geometrică are cea mai mică suprafață pentru un volum dat. Pe scurt, formarea ondulațiilor crește energia liberă a suprafeței lichidului și energia gravitațională, dar reduce energia magnetică.
Aplicații
În ciuda faptului că dispunerea țepilor de la suprafața ferofluidului este spectaculoasă, această proprietate nu este folositoare în sine. Cu toate acestea, ferofluidele se găsesc într-o mare varietate de aplicații, inclusiv în semeringuri. Ferofluidul se comportă asemenea unui inel de lichid la intrarea arborelui rotativ într-o cameră depresurizată. El este ținut în loc de magneți permanenți și realizează o închidere etanșă, eliminând majoritatea frecării produse într-un sigiliu mecanic tradițional.
O altă aplicație a ferofluidelor o reprezintă îmbunătățire performanței în boxe. Într-o boxă, energia electrică este transmisă printr-o bobină localizată în centrul unui magnet permanent circular. Câmpul magnetic indus de energia electrică cauzează vibrația bobinei și astfel produce sunet și căldură. Prin imersarea bobinei într-un ferofluid, care este menținut într-o poziție fixă de magneții circulari permanenți, rezonanțele nedorite sunt atenuate și de asemenea se asigură un mecanism care disipă căldura provenită din excesul de energie produs de bobină. Acești doi factori combinați conduc la o calitate a sunetului net îmbunătățită.
Fabricare
Un proces pentru fabricarea unui ferofluid a fost inventat în 1963 de către Steve Papell la NASA pentru a crea combustibil lichid pentru rachete care ar putea fi atras către o pompă de combustibil într-un mediu fără greutate prin aplicarea unui câmp magnetic. Astfel fost introdusă denumirea de ferofluid. Procesul s-a îmbunătățit, s-au sintetizat lichide mai puternic magnetice și s-au descoperit lichide purtătoare noi. În plus, Rosensweig a dezvoltat o nouă ramură a mecanicii fluidelor numită ferohidrodinamică, care a stârnit cercetări teoretice suplimentare asupra fenomenelor fizice interesante din ferofluide. În 2019, cercetătorii de la Universitatea din Massachusetts și Universitatea de Tehnologie Chimică din Beijing au reușit să creeze un ferofluid magnetic permanent care își păstrează magnetismul atunci când câmpul magnetic extern este îndepărtat. Cercetătorii au descoperit, de asemenea, că proprietățile magnetice ale picăturii au fost păstrate chiar dacă forma acesteia a fost modificată sau divizată.
