LICHIDE MAGNETICEBroicea Ionut Alexandru
LICHIDE MAGNETICEA. Structura lichidelor magnetice. Generalit i
despre preparare - Definitie - Tipuri de fluide magnetice - Metode
de stabilizare a lichidelor magnetice - Procese de aglomerare -
Metode de preparare a lichidelor magnetice B. Aplica ii - Micro-ma
in rii mecanice
-
Ferofluide n lentileValv /pomp pentru dispozitive policarbonate
microfluidice
Definitie
Lichidele magnetice (ferofluidele) sunt dispersii de particule
magnetice subdomenice ntr-un lichid de baz . Fiecare particul
coloidal dintr-un fluid magnetic este un mic magnet permanent care
tinde s se alinieze n direc ia cmpului magnetic. Reprezinta un
amestec complex care se comport ca un lichid omogen chiar n prezen
a unui cmp magnetic aplicat din exterior
O reprezentare schematic a unui ferofluid pe trei sc ri de
lungime specifice
Tipuri de fluide magnetice
Lichidele magnetice (ferofluide sau fluide magnetice)- au urm
toarele componente: particule magnetice (PM) feri- sau
feromagnetice, (Fe3O4, -Fe2O3, CoFe2O4, Co, Fe .a.), lichid de baz
(LB) i unul sau mai mul i stabilizan i (S). n principiu lichidul de
baz poate fi orice lichid, inclusiv metalic.Emulsiile
magnetizabile- se realizeaz prin dispersia ultrafin a unui lichid
magnetic ntr-un lichid nemagnetic, nemiscibil. Lichide magnetice
(ferofluide) inverse- sau compozitele magnetofluidice se ob in prin
dispersarea unor particule solide nemagnetice de dimensiuni
micrometrice, electroizolante sau electroconductoare, ntr-un lichid
magnetic, considerat ca lichid de baz cvasiomogen, magnetizabil.
Lichide magnetice polimerizabile- au ca mediu de baz o substan
organic , ini ial n faz lichid (monomer). Prin polimerizare se ob
in monopolimeri magnetizabili. Dac n faza lichid se adaug i se
disperseaz incluziuni nemagnetice microsfere sau microfire se ob in
nano/microcompozite magnetizabile.
Metode de stabilizare a lichidelor magnetice
Stabilizarea steric presupune adsorb ia unor molecule lungi la
suprafa a particulelor. Acestea prezint un cap t polar care este
adsorbit i o caten care trebuie s fie compatibil cu lichidul de baz
. Mecanismul de stabilizare este denumit repulsie steric .
Stabilizarea electrostatic a fost aplicat pentru prima dat de
Massart, la lichidele magnetice ionice pe baz de ap . n acest caz
repulsia steric este nlocuit de repulsia electrostatic ca urmare a
nc rc rii electrice a particulelor din solu ie, formndu-se astfel
un strat electric dublu. Stabilizarea mixt este o combina ie de
cele dou tipuri de stabiliz ri men ionate, caz n care stratul de
surfactant sete nc rcat electric.
Procese de aglomerare Neglijarea interac iunilor dintre
particule este o aproximare bun in cazul lichidelor cu stabilizare
foarte bun i cu concentra ie mic de particule. Altfel interac iunea
dintre particule trebuie luat in considerare i poate duce la
formarea de aglomerate
Aglomerate de tip lan apar la aplicarea unui camp magnetic, sau
chiar in absen a campului magnetic in cazul concentra iilor mari.
Aglomerate de tip pic tur sau circulare Particulele mari din
ferofluide vor constitui centre de nuclea ie pentru pic turi (faz
concentrat de lichid magnetic), prin care se induce separarea
fazelor intr-una de concentra ie ridicat i alta diluat . Forma
agregatelor este sferic in absen a campului magnetic i alungit in
prezen a acestuia. Cauzele care pot duce la acest fenomen sunt sc
derea temperaturii, intensificarea campului magnetic sau cre terea
concentra iei de particule, apari ia aglomeratelor datorandu-se
interac iunilor dipol-dipol. Agregate de tip fractal eviden iate
recent prin simulare numeric apar in cazul ferofluidelor
stabilizate steric dac surfactantul utilizat nu este compatibil cu
lichidul de baz , i in cazul ferofluidelor stabilizate
electrostatic dac bariera de repulsie electrostatic este prea joas
.
Metode de preparare a lichidelor magneticeA. Cerinte esentiale :
- Materialul magnetic solid trebuie s se prezinte sub form
ultradispers , adic sub forma unor nanoparticule cu dimensiuni
cuprinse ntre 3 i 15 nm; - Suprafa a nanoparticulelor va fi
acoperit de un strat adsorbit mono- sau bimolecular adecvat, natura
i compozi ia acestuia fiind determinate de propriet ile
fizico-chimice ale nanoparticulelor i lichidului de baz .
Metode de preparare a lichidelor magnetice
reducerea mecanic a dimensiunii unor materiale feri- sau
feromagnetice pulverulente grosiere (m cinare coloidal );
descompunerea termic a carbonililor de Fe sau Co; electrodepunere
(electroliz ); metode cu plasm (evaporare/electrocondensare);
coprecipitare chimic , adic ob inerea nanocristalelor magnetice
prin condensare chimic .
Aplica ii
- arcuri-
i turbine microscopice prin iradierea luminoas a
ferofluidelor
Micro-ma in rii mecanice
echipa de cercet tori de la Universitatea Jilin din Changchun,
China.
Metoda: 1. grefarea un polimer numit
3(trimethoxysilyl)propylmethacrylate (MPS) pe o suprafa populat cu
nanoparticule de oxid de fier (Fe3O4), inainte de a le folosi ca
suspensie intr-o combina ie de solven i pentru a crea un ferofluid.
2. Trasarea de figuri in lichid folosind un laser de mare
precizie,si eliminarea restului de fluid pentru ob inerea
produselor finite. Spre deosebire de aspectul rigid sau solid al
componentelor din silicon, aceste forme aveau mai degrab textura
cauciucului i a gelului. La dimensiuni de ordinul sutimilor de
milimetru, echipa a descoperit o turbin asem n toare unui
ventilator i un arc.
Aplica ii
Ferofluide n lentile Cercet torii americani au folosit
ferofluidele pe post de pistoane lichide ce contribuie la ob inerea
unor lentile lichide ajustabile ce prezint interfe e aproape
perfect sferice pentru aplica ii precum refractorul optometric al
unui optometrist. Un refractor optometric m soar felul in care
lumina este focalizat in ochi i este folosit pentru a stabili re
etele pentru ochelari i lentile de contact. Pic turile de
ferofluide pot fi manipulate de un camp magnetic, avand utiliz ri
in domenii ce presupun control precis al mi c rilor, cum ar fi cel
al opticii, al modului de administrare al medicamentelor i cel al
dispozitivelor electronice
Amir Hirsa i colegii s i de la Institutul Politehnic Rensselaer
din Troy, New York, au creat un asemenea dispozitiv prin umplerea a
trei g uri dintr-un total de patru ale unui substrat cu ferofluid;
tensiunea superficial a ferofluidului permite pic turilor s se
deplaseze din oricare parte a substratului. Ele au umplut a patra
gaur cu 1metilnaftalen , un compus folosit ca lentil lichid . Ei au
izolat sistemul i l-au umplut cu ap , creand astfel dou camere,
avand drept separator substratul respectiv, ferofluidul i
1-metilnaftalena fiind singurele conexiuni dintre ele. La aplicarea
unui camp magnetic acestui dispozitiv, ferofluidul s-a deplasat mai
departe intr-una din camere, impingand lentila lichid din
1-metilnaftalen i schimbandu-I curbura. Dup aceasta capilaritatea
fenomenul prin care lichidul se ridic spontan in tub datorit unei
atrac ii moleculare neechilibrate la limita dintre lichid i tub are
rolul de a aduce sistemul la situa ia ini ial , ac ionand ca
intrerup tor lichid. Lichidul se deplaseaz continuu asemenea unui
piston i, prin controlarea mi c rii ferofluidului, curbura lentilei
lichide din 1-metilnaftalen poate fi ajustat in func ie de necesit
i.
Aplica iiValv /pomp pentru dispozitive
policarbonatemicrofluidice-Pompele i valvele constituie elemente
constructive esen iale ale majorit ii dispozitivelor microfluidice,
determinand un control mai bun al acestora -Helen Schwerdt de la
Universitatea Johns Hopkins a creat o pomp /valv dintr-o combina ie
de ferofluid i parafin , pe care a numit-o ferocear , ac ionat de
for a magnetic . -Ferofluidul poate ac iona in sine ca pomp dar
ideal este crearea
unui tren de fluide separate de reglete imiscibile, conduse
printr-un magnet. Trenul fluid opereaz ca un dispozitiv de detec ie
a proteinelor utilizand tehnologia chemiiluminescentei. Avantaje :
- deoarece prezinr un nivel inalt de senzitivitate, - nu genereaz
de euri biologice, - iar lumina produs de reac ia chimic persist o
durat substan ial . Un asemenea dispozitiv poate fi folosit pentru
detectarea unei anumite proteine ce poate sugera prezen a
cancerului
