Ferrofluid

Un ferrofluid (du ferrum latin de , signifiant le fer) est un liquide qui devient fortement polarisé en présence d'un champ magnétique . C'est un mélange colloïdal du comportant les particules magnétiques extrêmement petites suspendues dans une huile synthétique. Les particules sont enduites d'un savon ou d'un détergent pour les empêcher de grouper ensemble.

Ferrofluids se composent ferromagnétique de Nanoscale , ou ferrimagnétique, particules suspendues dans un fluide du porteur , habituellement un dissolvant organique ou une eau. Les nano-particules ferromagnétiques sont enduites d'un agent tensio-actif pour empêcher leur agglomération (due à van der Waals et forces magnétiques). Bien que le nom puisse suggérer autrement, les ferrofluids ne montrent pas le ferromagnétisme , puisqu'ils ne maintiennent pas la magnétisation en l'absence d'un champ extérieurement appliqué. En fait, le magnétisme de '' para '' de d'affichage de ferrofluids (volume-mesurer), et sont souvent référés en tant qu'étant " ; " superparamagnétique du ; en raison de leur susceptibilité magnétique de grand . Il est difficile créer les fluides de manière permanente magnétisés actuellement.

Description

Ferrofluids se composent de particules de nanoscale (diamètre habituellement 10 nanomètres ou moins) de la magnétite , de l'hématite ou d'un autre fer contenant composé. C'est assez petit pour que l'agitation thermique les disperse même dans un fluide de porteur, et pour qu'ils contribuent à la réponse magnétique globale du fluide. C'est analogue à la manière dont les ions dans une solution saline paramagnétique du aqueux (telle qu'un soluté de sulfate de cuivre ou de chlorure de manganèse) font à la solution paramagnétique.

Les ferrofluids vrais sont stables. Ceci signifie que les particules pleines n'agglomèrent pas ou ne mettent pas séparé en phase même dans des champs magnétiques extrêmement forts. Cependant, l'agent tensio-actif tend à décomposer avec le temps (quelques années), et par la suite les nano-particules aggloméreront, et elles sépareront dehors et ne contribueront plus à la réponse magnétique du fluide. Le fluide (MRF) de Magnetorheological de de limite se rapporte à des liquides semblables aux ferrofluids (FF) qui solidifient en présence d'un champ magnétique. Les fluides de Magnetorheological ont des particules magnétiques de balance du micromètre qui sont un à trois ordres de grandeur plus importants que ceux des ferrofluids.

instabilité de Normal-champ

Quand un fluide paramagnétique est soumis à un champ magnétique vertical suffisamment fort, la surface forme spontanément un modèle régulier des plissements ; cet effet est connu comme instabilité de normal-champ. La formation des plissements augmente l'énergie libre extérieure et l'énergie de la gravité du liquide, mais réduit l'énergie magnétique. Les plissements formeront seulement au-dessus d'un champ magnétique critique, quand la réduction de l'énergie magnétique est supérieure à l'augmentation en termes d'énergie de surface et d'attraction universelle. Ferrofluids ont une susceptibilité magnétique particulièrement élevée et le champ magnétique critique pour le début des plissements peut être réalisé par une petite barre aimantée.

Agents tensio-actifs communs de ferrofluid

Les agents tensio-actifs employés pour enduire les nano-particules incluent, mais ne sont pas limités :
acide oléique
Hydroxyde de Tetramethylammonium de
Acide citrique
Lécithine de soja de

Ces agents tensio-actifs empêchent les nanoparticles de grouper ensemble. Ceci s'assure que les particules ne forment pas les agrégats qui deviennent trop lourds pour être tenus en suspension par le mouvement brownien . Les particules magnétiques dans un ferrofluid idéal ne se précipitent pas, même lorsqu'exposé à un champ gravitationnel magnétique et ou fort. Un agent tensio-actif a une tête polaire du et une queue non polaire (ou vice versa), une dont les adsorbes aux nanoparticles, alors que la queue non polaire (ou la tête polaire) colle dehors dans le milieu de porteur. La répulsion stérique du empêche alors l'agglomoration des particules.

Tandis que les agents tensio-actifs sont utiles en prolongeant le taux de arrangement dans les ferrofluids, ils prouvent également nuisible aux propriétés magnétiques du fluide (spécifiquement, la saturation magnétique du fluide), qui est généralement un paramètre quels utilisateurs souhaitent maximiser (c'est typiquement plus d'un souci en traitant les fluides de Magnetorheological de ). Si l'agent tensio-actif nanosphere-est basé ou micelle-basé, l'addition des agents tensio-actifs (ou de toutes autres particules étrangères) diminue la densité d'intégration des ferroparticles tandis que dans son état activé, de ce fait diminuant la viscosité de sur-état de fluides, ayant pour résultat un " ; softer" ; fluide activé. Tandis que la viscosité de sur-état (le " ; hardness" ; du fluide activé) est moins de souci pour quelques applications de ferrofluid, c'est une propriété liquide primaire pour la majorité de leur commercial et des applications industrielles et donc un compromis doivent être rencontrées en considérant la viscosité de sur-état contre le taux de arrangement d'un ferrofluid.

Applications

Appareils électroniques

Ferrofluids sont employés pour former les joints liquides (joints ferrofluidic de ) autour des arbres d'entraînement de rotation dans des disques durs que l'axe de rotation est entouré par des aimants. Un peu de ferrofluid, placé dans l'espace entre l'aimant et l'axe, sera jugé in place par son attraction à l'aimant. Le fluide des particules magnétiques forme une barrière dont empêche des débris écrire l'intérieur de l'unité de disque dur. Cependant, le ferrofluid est encore assez semblable dedans propriétés à un liquide vrai qu'il n'interférera pas la rotation de l'axe.

Un autre d'usage courant des ferrofluids est comme liquide réfrigérant liquide. Un film publicitaire la demande de cette utilisation est dans les mégaphones et des haut-parleurs . Ferrofluid est mis dans l'espace (espace magnétique) entre l'enroulement à un aimant permanent et de de voix d'un haut-parleur . Juste comme dans l'unité de disque dur, l'à un aimant permanent jugera le ferrofluid in place, le restant en contact avec l'enroulement de voix. Débits calorifiques de l'enroulement de voix à forte intensité et dans le ferrofluid. Quand le ferrofluid est heated au-dessus de sa température de curie il n'est plus attiré à l'aimant et est éliminé du magnétique entaillent par voisin liquide plus frais. Quand le ferrofluid chaud se refroidit au-dessous de sa température critique il reprend son comportement paramagnétique et se précipitera de nouveau dans le magnétique entaillent. Ceci forme un actif, liquide, pompe à chaleur pour empêcher des dommages au haut-parleur.

Construction mécanique

Ferrofluids ont frottement-réduire des possibilités. Si appliqué à la surface assez fort d'un aimant, tel qu'un a fait du néodyme , il de peut faire glisser l'aimant à travers les surfaces douces avec la résistance minimale.

Les amortisseurs de Magnetorheological de de diverses applications ont été et continuent à être développés. Ces amortisseurs sont principalement employés dans l'industrie lourd avec des applications telles que l'amortissement lourd de moteur, le siège d'opérateur/cabine amortissant dans des véhicules de construction, et plus.

À partir de 2006, les scientifiques de matériaux et les ingénieurs mécaniciens collaborent pour développer les amortisseurs séismiques du autonome qui, quand placé n'importe où dans un bâtiment, fonctionneront dans la fréquence de résonance du du bâtiment, les ondes chocs nuisibles absorbantes et les oscillations dans la structure, donnant à ces amortisseurs la capacité de rendre n'importe quel bâtiment earthquake-proof, ou au moins tremblement de terre-résistant.

La défense

L'Armée de l'Air des Etats-Unis de a présenté une peinture absorbant les impulsions radar du matériel (RAM) de faite à partir des substances ferrofluidic et non magnétiques. En réduisant la réflexion des ondes électromagnétiques électromagnétiques , ce matériel aide à réduire la surface équivalente radar des avions .

Aérospatial

La NASA a expérimenté using des ferrofluids dans une boucle bloquée comme base pour le système du pilotage du d'un vaisseau spatial . Un champ magnétique est appliqué à une boucle de ferrofluid pour changer le moment angulaire et pour influencer la rotation du vaisseau spatial.

Systeme optique

Finissage , un fluide de Magnetorheological de de Magnetorheological de - la méthode de polissage optique basée, s'est avérée fortement précise. Elle a été employée dans la construction le objectif correctif de s de télescope spatial Hubble du '. < ! -- preuve : http://www.com/prod/qed-technologies/optical-polishing-machine-36168-226851.html -->

Mesure

Ferrofluids ont des applications optiques du nombreux dues à leurs propriétés réfringentes du ; c'est-à-dire, chaque grain, un micromagnet , réfléchit la lumière. Ces applications incluent la viscosité spécifique de mesure d'un liquide placé entre un polariseur et un analyseur , illuminé par un hélium - le laser au néon de du .

Médecine

Dans la médecine , un ferrofluid compatible du peut être employé pour la détection du Cancer . Il y a également beaucoup d'expérimentation avec l'utilisation des ferrofluids d'enlever des tumeurs. Le ferrofluid serait obligatoire dans la tumeur et serait puis soumis à un champ magnétique rapidement variable. Ceci créerait le frottement, rapportant la chaleur, due au mouvement du ferrofluid à l'intérieur de la tumeur qui pourrait détruire la tumeur.

En plus des métaux lourds utilisés dans MRI ont pu être enfermés dans le " de carbone ; cages" ; pour protéger le corps contre ces métaux probablement nocifs.

Transfert de chaleur

Un champ magnétique externe a imposé à un ferrofluid avec la susceptibilité variable, par exemple, due à un gradient de température, a comme conséquence une force de corps magnétique non-uniforme, qui mène à une forme du transfert de chaleur appelé la convection thermomagnétique . Cette forme de transfert de chaleur peut être utile quand le transfert de chaleur conventionnel de convection est insatisfaisant, par exemple, dans des dispositifs miniatures de micro-échelle ou dans des conditions réduites de pesanteur.

Ferrofluids sont utilisé généralement dans des haut-parleurs pour enlever la chaleur de l'enroulement de voix, et pour atténuer passivement le mouvement du cône. Ils résident dans ce qui seraient normalement l'entrefer autour de l'enroulement de voix, tenu en place par l'aimant du haut-parleur. Puisque les ferrofluids sont paramagnétiques, ils se conforment à la loi de curie de , ainsi devenu moins magnétiques à températures élevées. Un aimant fort placé près de l'enroulement de voix (qui produit la chaleur) attirera le ferrofluid plus que chaud froid de ferrofluid forçant de ce fait le ferrofluid heated à partir de l'enroulement de voix électrique et vers un radiateur . C'est une méthode de refroidissement efficace qui n'exige aucune absorption d'énergie additionnelle.

Des véhicules à moteur

Si les amortisseurs de la suspension du d'un véhicule sont remplis de ferrofluid au lieu de l'huile plate, et le dispositif entier entourait avec un électro-aimant , la viscosité du fluide (et par conséquent la quantité de atténuant fourni par l'amortisseur) peuvent être variées selon la préférence de conducteur ou le poids porté en le véhicule - ou il peut être dynamiquement varié afin de fournir la commande de stabilité. La commande magnétique de tour de de MagneRide ou la suspension active de est un tel système qui permet au facteur d'atténuation d'être ajusté une fois chaque milliseconde en réponse aux conditions. À partir de 2007, BMW fabrique des voitures using leur propre version de propriété industrielle de ce dispositif, alors qu'offre de GM (le premier fabricant automatique à faire ainsi), d'Audi, et de Ferrari le MagneRide sur de divers modèles.

Le General Motors et d'autres compagnies des véhicules à moteur cherchent à développer un système d'embrayage basé par de fluide de Magnetorheological de pour les systèmes à bouton-poussoir d'entraînement à quatre roues. Ce système d'embrayage utiliserait les électro-aimants pour solidifier le fluide qui fermerait à clef l'arbre d'entraînement sur la boîte de vitesse .

Voir également

Fluide futé
Fluide de Magnetorheological de
Fluide d'Electrorheological de
Magnétohydrodynamique
Physique des plasmas
Caractéristiques aérodynamiques
Mécanique des continus .

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