학교에서 물리학이나 화학에 작별 인사를 한 과학적 발견과는 거리가 먼 사람에게는 많은 것이 이상해 보입니다. 예를 들어 일상 생활에서 전기 제품을 사용할 때 우리는 그것이 정확히 어떻게 작동하는지 생각하지 않고 문명의 혜택을 당연하게 여깁니다. 하지만 일상의 인식을 뛰어넘는 일이 일어나면 어른들도 어린아이처럼 놀라며 기적을 믿기 시작한다.

마법 외에 입체적인 인물, 꽃, 피라미드, 겉보기에 평범한 액체에서 서로를 대체하는 마법의 그림이 나타나는 현상을 어떻게 설명 할 수 있습니까? 하지만 그것은 마술이 아닙니다. 과학은 무슨 일이 일어나고 있는지에 대한 근거를 제공합니다.

자성유체란 무엇입니까?

우리는 자철석의 작은 입자를 포함하는 물 또는 기타 유기 용매와 철을 포함하는 모든 물질로 구성된 콜로이드 시스템인 자성유체(ferrofluid)에 대해 이야기하고 있습니다. 그들의 크기는 너무 작아서 상상조차 하기 어렵습니다. 인간의 머리카락보다 수십 배 더 얇습니다! 이러한 미세한 크기 표시기를 사용하면 열 이동을 통해 용매에 고르게 분포할 수 있습니다.

당분간은 외부 영향이 없는 한 액체는 거울처럼 차분한 상태를 유지합니다. 그러나 이 "거울"에 지향성 자기장을 가져오자마자, 그것은 살아 움직이며 시청자에게 놀라운 3차원 그림을 보여줍니다. 마법의 꽃이 피고, 움직이는 인물이 표면에서 자라며 자기장의 영향으로 변화합니다.

자기장의 강도와 방향에 따라 액체 표면에 나타나는 빛, 거의 눈에 띄지 않는 잔물결, 선명도와 경사를 변화시키고 꽃과 나무로 자라는 바늘과 봉우리를 통해 우리 눈앞에서 그림이 변합니다.

역광을 사용하여 컬러 그림을 그리는 능력은 관찰자에게 진정으로 최면을 걸고 미지의 세계를 그에게 드러냅니다.

불행하게도 금속 입자는 강자성이라고 불리지만 자기장이 사라진 후에도 결과적인 모양을 유지할 수 없기 때문에 완전한 의미에서 강자성이 아닙니다. 왜냐하면 그들은 자신의 자화를 가지고 있지 않기 때문입니다. 이와 관련하여 완전히 새로운 것은 아니지만 지난 세기 중반 미국 Rosenzweig에 의해 만들어진이 발견의 사용은 널리 적용되지 않았습니다.

강자성유체는 어떻게 만들고 어디에 사용되나요?

자성유체는 전자산업과 자동차 산업에 사용되는데, 그 활용 범위가 멀지 않고, 나노기술의 발달로 꽤 폭넓게 활용될 것이라 믿고 싶습니다. 한편, 이것은 다양한 종류의 안경에 의해 망가진 대중들에게 대부분 재미있습니다.

입체 그림은 숨죽여 지켜보게 하고, 이것이 몽타주인지 의심하게 만들고, 적어도 인터넷에서 무슨 일이 일어나고 있는지에 대한 설명을 찾게 만든다. 오늘날 입을 벌리고 금속성 "살아있는" 색상과 인물을 관찰하는 어린 소년이 내일은 이 현상에 대한 근본적으로 새로운 응용을 찾아 과학과 기술에 혁명을 일으킬지 누가 알겠습니까? 하지만 그건 내일이지만 지금은 보고 즐기세요!

강자성 유체

지도 시간

소개

1장. 자성유체의 자기쌍극자 상호작용과 자화의 특징.

§1. 자성유체에 관한 일반정보

§2. 응집 안정 다분산 자성유체의 자화 과정.

§삼. 자성유체의 자기감수성과 그 기능적 의존성.

§4. 자기쌍극자 상호작용과 자성유체의 유효장.

§5. 자기 콜로이드에서 입자의 상호 작용을 고려하는 현대 개념.

2장. 자성유체의 구조적 구성과 그에 따른 전기 및 자기광학 효과.

§1. 자성유체의 구조적 형성 유형.

§2. 미세액적 구조의 자성유체입니다.

§3 자성유체의 준고체 구조 형성.

§4. 전기장 내 자성유체의 구조적 자기조직화.

3 장. 다양한 구조 형태를 갖는 자성 콜로이드의 자화 과정의 특징.

§1. 미세액적 응집체를 이용한 자성유체의 구조적 변형과 자화의 특징.

§2. 미세액적 구조를 갖는 자성유체의 복합자화율.

§삼. 자기에 민감한 액체 매질로서 미세 방울을 형성하는 자성 유체입니다.

§4.준고체 구조를 갖는 자성유체의 자화.

§5. 준고체 구조를 갖는 자성유체의 자기감수성.

§6. 구조화된 자성유체에서 초상자성-쌍극자 유리 상전이의 가능성.

§7. 자성유체의 준고체 집합체에서의 자기적 배열.

4장. 새로운 분산 자성 매체 - 복합 페로콜로이드, 자성 유제 및 자성에 민감한 에어로졸.

§1. 비자성 미세 충진재를 함유한 자성유체입니다.

§2. 자기 감응성 에멀젼 및 이의 제조 방법.

§삼. 자성 유제의 자화 특징.

§4. 자성 유제의 전기적 특성.

§5. 미세액적-분산 매질 경계에서 낮은 계면 장력을 갖는 자성 유제의 구조적 변형.

§6. 자기 감응성 에어로졸.

소개

액체 자화 매체 - 60년대 중반에 합성되어 오늘날까지 "자성 액체"라고 불리는 강자성체 및 페리자성체의 초분산 콜로이드는 전자기장과 매체의 상호 작용과 관련된 현상에 대한 연구자들로부터 광범위한 관심을 끄는 대상으로 남아 있습니다. 이는 기계공학, 기구 제작, 의학 분야에서 자성유체를 사용할 수 있는 가능성과 물리적, 물리화학적, 유체역학적 특성의 여러 가지 근본적인 문제의 출현으로 설명됩니다. 처음에는 자성유체의 특성을 고려할 때 연속 매질의 표현이 사용되었으며, 이를 통해 자성 콜로이드를 상호작용하지 않는 쌍극자 입자 시스템으로 간주할 수 있습니다. 그러나 자성 유체에서 관찰되는 자기 기계, 열자기, 자기 및 전기 광학 효과는 주로 단일 도메인 자성 입자의 입도 구성, 상호 작용 및 이와 관련된 시스템의 구조적 구성에 의해 결정된다는 것이 나중에 확립되었습니다. 외부 장의 영향. 자성유체의 구조적 상태는 전단응력, 온도변화, 전기유체역학적 흐름에 따라 크게 달라질 수 있습니다. 자성유체에 나타나는 특정 유형의 구조는 기술 및 의학 분야에서 이러한 매체를 다양하게 적용하는 것과 관련이 있습니다. 따라서 자성 나노입자의 상호작용과 다양한 요인의 영향을 받는 구조적 조직의 상호작용으로 인해 발생하는 자성 콜로이드의 물리적 성질의 특성에 대해 이전에 출판된 매뉴얼이나 논문보다 더 많은 관심을 기울이는 것이 흥미로워 보였습니다. 또한 이 매뉴얼에서는 자성 콜로이드(비자성 필러가 포함된 복합 자성 유체, 자성 유제 및 에어로졸)를 기반으로 생성된 새로운 자성 분산 매체에 대해 설명합니다.

이 매뉴얼은 "자기 현상 물리학"을 전공하는 학생들을 위해 작성되었으며, 또한 자기 콜로이드 나노시스템의 문제를 연구하는 과학자들에게도 유용할 수 있습니다.

1장. 자성유체의 자기쌍극자 상호작용과 자화의 특징

§1. 자성유체에 관한 일반정보

자성유체(MF)는 일부 캐리어 유체(물, 탄화수소 매질, 광물 및 유기규소 오일 등)에 있는 단일 도메인 강자성 및 페리자성 미세입자의 매우 안정적인 콜로이드 용액입니다. MF의 특성은 자철석(FeO Fe 2 O 3), 스피넬 페라이트(MFe 2 O 4), 가넷 페라이트(MFe 5 O 12) 및 전이 금속인 분산 자석의 선택에 따라 크게 영향을 받습니다. 분산된 철, 니켈, 코발트. 분산된 입자는 작은 크기(약 100E)로 인해 강렬한 브라운 운동을 하며 이는 자성 콜로이드의 침강 안정성을 보장합니다. 자성 입자가 있는 콜로이드 시스템의 집합적 안정성을 위해서는 입자의 접근으로 인해 입자 사이에 반발력이 나타나야 합니다. 이는 계면활성제인 MF에 일정량의 안정제를 도입함으로써 달성됩니다. 계면활성제 분자에 의해 입자 표면에 형성된 흡착층은 입자의 접착으로 인해 입자가 커지는 것을 방지하는 구조적, 기계적 장벽을 만듭니다. 일반적으로 극성 유기 분자로 구성된 물질이 계면활성제로 사용되며, 그 구조는 짧은 관능기(알칼리성, 산성 등)와 긴 꼬리 사슬(탄화수소, 플루오로카본 등)이 존재하는 것이 특징입니다. 일반적으로 올레산은 자성유체의 고전적인 안정제로 사용됩니다.

자성유체의 자기적 특성은 체적 고체상 함량에 의해 결정되며, 이는 25%에 달할 수 있습니다. 이러한 농축된 MF의 포화자화는 유동성을 유지하면서 10 5 A/m의 자기장에서 100 kA/m에 도달합니다. MF의 자기 민감도는 균일한 상자성 액체의 자기 민감도보다 몇 배 더 크며 10 2 값에 도달할 수 있습니다. 그 값은 입자 크기와 부피 농도에 따라 달라집니다. 그러나 입자 크기의 증가는 큰 자기 모멘트로 인해 입자가 서로 달라붙거나 단일 영역 조건을 위반할 가능성으로 인해 제한됩니다. 따라서 안정한 자성 콜로이드에서 입자 크기는 일반적으로 100-150 E를 초과하지 않습니다. 가장 일반적인 자성 유체는 분산된 자철광 입자와 안정제인 올레산을 포함하는 등유 기반 자성 유체입니다.

안정화된 마그네타이트 콜로이드 용액을 얻는 첫 번째 방법은 1930년대 후반 Elmore에 의해 제안되었습니다. 최근 이러한 액체는 2가 및 3가 철염 수용액으로부터 자철석을 알칼리로 침전시키는 동안 응축법에 의해 얻어졌습니다. 이러한 방법의 대부분에 대한 자세한 설명은 작업에 제공됩니다. 결과적으로, 포화 자화 50-60 kA/m에서의 점도가 물의 점도와 비슷할 수 있는 자성 유체가 얻어집니다. 기술된 방법에 의해 얻은 자철석 입자의 다분산도는 평균 입자 크기(약 10 nm) 정도의 분포 폭을 갖는 종 모양 입자 크기 분포 함수에 의해 결정됩니다. 예를 들어, 그림 1과 2는 두 개의 MF 샘플 입자의 전자 사진을 보여 주며, 분산된 입자가 구형에 가까운 모양을 가지고 있음을 알 수 있습니다.

그림 1. 그림 2.

MF 입자의 전자 사진

동일한 샘플에 대한 그림 3과 4는 수천(5),000개의 측정을 기반으로 현미경 사진을 분석하여 얻은 클래스 간격 폭 1.2 nm의 입자 크기 분포의 정규화된 히스토그램을 보여줍니다.

그림 3. 그림 4.

MF의 입자 크기 분포(F는 직경 d를 갖는 입자의 상대적 수)

이러한 작은 입자에서는 자발적인 자화를 유지하면서 입자의 자기 모멘트의 열적 변동 가능성이 증가합니다. 결과적으로 고체 매트릭스에 대해 자기 모멘트를 회전시키는 것이 가능해집니다. 이러한 자기 모멘트의 회전 방식은 L. Neel에 의해 처음으로 지적되었으며 이러한 입자를 "초상자성"이라고 불렀습니다. 자기 모멘트의 Néel 완화 시간은 다음 식으로 결정됩니다.

(1.1)

어디 σ = 케이 eff V /KT– 총 이방성 상수, V – 입자 부피, τ 0 = 10 - 9 s.

액체 매질에서는 입자 자체의 회전 확산도 가능합니다. 이 경우 자기 모멘트 완화의 브라운 메커니즘이 나타날 수 있습니다. 하나 또는 다른 이완 메커니즘의 우세는 Neel 이완 시간의 비율에 의해 결정됩니다. τ N회전확산 τ 디 = 3 Vn /KT, 어디 η – 분산매의 점도.

자성유체를 제어하는 ​​주요 수단은 자기장이다. 예를 들어, 불균일한 자기장에 노출시킴으로써 중력보다 몇 배 더 큰 체적 대운동력을 얻을 수 있습니다. 이러한 힘은 자성유체 분리기, 가속도 센서 등에 사용됩니다. 자기장에 의해 자성유체를 국지화할 수 있는 가능성으로 인해 자성유체 씰, 제어 윤활제, 결함 탐지를 위한 자기 민감성 액체 등이 개발되었습니다. 실제로는 다양한 자성유체가 사용되는데, 그 중에서 광유와 유기실리콘 매체를 기반으로 한 MF가 강조되어야 합니다. 최대 60kA/m의 포화 자화에서 이러한 자성 유체의 점도는 10 4 Pa ​​s 정도의 값에 도달할 수 있으므로 때때로 자성 페이스트와 비교됩니다. 의료용으로 다양한 식용 식물성 기름을 기반으로 한 MF가 개발되고 있습니다.

Veklich A.V.
Erushevich D.A.
보리소프 R.A.
라첵 V.B.
공학 물리학 및 무선 전자 공학 연구소 시베리아 연방 대학교
660074, 크라스노야르스크, 성. 키렌스코고 26.
이메일: [이메일 보호됨]

이 기사에서는 강자성 유체를 생산하는 방법과 생산에 적용되는 범위에 대해 설명합니다.

핵심어: 강자성유체, 강상.

이 기사에서는 강자성 유체를 생산하는 방법과 작업장에서의 적용 범위에 대해 논의합니다.

키워드: 자성유체, 철상.

강자성 유체는 캐리어 유체에 부유하는 자철석, 적철석 또는 기타 철 함유 물질의 나노미터 크기 입자(일반적으로 크기 10nm 이하)로 구성됩니다. 그것들은 열 운동이 캐리어 유체 전체에 고르게 분포되어 자기장에 대한 유체 전체의 반응에 기여할 만큼 충분히 작습니다. 마찬가지로 상자성 염 수용액(예: 황산구리(II) 또는 염화망간(II) 수용액)의 이온은 용액에 상자성 특성을 부여합니다.

강자성 액체는 콜로이드 용액으로, 두 가지 이상의 물질 상태 특성을 갖는 물질입니다. 이 경우 두 가지 상태는 고체 금속과 그것이 포함된 액체입니다. 자기장의 영향으로 상태를 변화시키는 이러한 능력은 강자성 유체를 밀봉제, 윤활제로 사용할 수 있게 하며 미래의 나노전자기계 시스템에서 다른 응용 분야를 열어줄 수도 있습니다.

VF의 안정성을 보장하기 위해 입자는 계면활성제에 결합되어 입자 주위에 보호 껍질을 형성하고 반 데르 발스 또는 자기력으로 인해 서로 달라붙는 것을 방지합니다. 이름에도 불구하고 강자성 액체는 외부 자기장이 사라진 후에도 잔류 자화를 유지하지 않기 때문에 강자성 특성을 나타내지 않습니다. 실제로 강자성 액체는 상자성이며 높은 자기 민감성으로 인해 종종 "초자성"이라고 불립니다. 페라이트는 산화철 Fe 2 O 3와 다른 금속 산화물의 화합물입니다.

강자성 유체를 얻는 원리를 고려해 봅시다.

주요 작업을 강조해 보겠습니다.

1) 고도로 분산된 페로상 입자를 얻는다;

2) 캐리어 액체에서 안정화시킵니다.

추정에 따르면 MF의 안정성을 보장하려면 500-2000 nm 크기의 강자성 입자 생성을 보장해야 합니다. 이러한 크기는 큰 자성 입자를 분쇄하거나 분자 크기에서 콜로이드 크기로 성장시켜 얻을 수 있습니다. 자성유체 및 고분산 자성물질 생산에 있어 두 번째로 중요한 기술적 특징은 콜로이드 입자를 산화로부터 보호하고 생산 공정 중 그리고 입자를 캐리어 액체에서 콜로이드 상태로 변환할 때 응집 및 응고를 방지하는 것입니다. . 이 문제는 캐리어 액체에 직접 고도로 분산된 입자를 얻고 형성 당시 또는 형성 직후에 계면활성제로 입자를 안정화함으로써 가장 성공적으로 해결됩니다. 입자의 효과적인 안정화를 위한 조건은 페로상, 안정제 및 분산매의 상용성이며 가장 좋은 안정제는 페로상 입자 표면에 잘 흡착되고 분자의 자유 부분이 잘 용해되는 물질입니다. 캐리어 액체. 이러한 조건은 일반적으로 작용기(-OH, -NH 2, -COOH, SO 3 H 등)를 포함하는 긴 탄화수소 사슬(C10-C20)을 가진 물질에 의해 잘 충족됩니다. 콜로이드 MF 시스템을 얻는 방법은 분산 방법과 축합 방법으로 나눌 수 있습니다.

화학 실험실에서 MF를 얻기 위해 알칼리 매질에서 철(II)과 (III) 염의 반응을 기반으로 하는 고도로 분산된 자철석의 응축 방법이 사용되었습니다: FeSO 4 * 7H 2 O + 2FeCl 3 * 6H 2O + 8NH 3 * H 2 O → Fe 3 O 4 + 6NH 4 Cl + (NH) 2 SO 4 + 20H 2 O

시약: FeSO4*7H2O; FeCl3*6H2O; 25% 암모니아 용액, 증류수, 비누.

실험을 위해 제안된 물질의 질량은 4배로 줄었습니다.

1. FeSO 4 *7H 2 O 및 FeCl 3 *6H 2 O를 증류수에 녹입니다( 낮은 난방과 부드럽게 저어줍니다).

2. 생성된 용액을 다른 플라스크에 여과하여 기계적 불순물과 분리합니다.

3. 25% 암모니아 용액을 깨끗한 플라스크에 붓습니다.

4. 여과된 용액을 "암모니아수"와 함께 플라스크에 세게 저으면서 얇은 흐름으로 붓습니다. 갈색-주황색 용액은 즉시 검은색 현탁액으로 변합니다.

5. 생성된 용액에 약간의 물을 첨가하고 생성된 혼합물이 담긴 플라스크를 자석 위에 30분 동안 올려 놓습니다.

6. 자철석 입자가 (자기장의 영향으로) 플라스크 바닥으로 떨어진 후, 자석으로 침전물을 붙잡고 용액의 약 2/3를 매우 조심스럽게 부어냅니다. 다시 플라스크에 같은 양의 증류수를 붓고 잘 섞는다. 플라스크를 자석 위에 놓습니다. 배수 용액의 pH가 중성이 될 때까지 이 단계를 반복합니다.

7. 생성된 현탁액을 여과하고 침전물을 수집합니다.

8. 침전물을 이전에 얻은 계면활성제와 혼합합니다.

9. 생성된 혼합물을 잘 저으면서 1시간 동안(t=80˚C) 가열합니다.

10. 생성된 혼합물을 실온으로 냉각합니다. 증류수를 넣고 잘 저어줍니다.

물에 희석된 혼합물을 몇 시간 동안 자석 위에 올려놓으면 강자성 액체가 준비됩니다.

자성유체(MF)는 기술, 의학 및 생태학 분야에 폭넓게 응용할 수 있는 가능성이 있는 유동적이고 자기적으로 제어되는 특성을 지닌 독특한 인공 합성 소재입니다. MF는 고체와 접촉할 때 낮은 마찰 계수, 미세 부피를 관통하는 능력, 거의 모든 표면을 적시는 능력 등 액체 재료의 모든 장점을 갖추고 있습니다. 동시에 MF의 자기 제어 가능성 자기장의 영향을 받아 장치의 원하는 위치에 고정될 수 있습니다. 오늘날 자성유체에 대한 많은 유용한 응용 분야가 개발되었습니다. 샤프트와 피스톤 밀봉, "영구적인" 윤활, 물에 유출된 기름 수집, 광물 강화, 많은 질병 치료 및 진단, 열 에너지의 직접 변환 등이 있습니다. 기계적 에너지로. 자성유체의 가장 흥미롭고 유망한 적용 분야 중 일부가 고려됩니다.

완료된 작업에 대한 결론을 내려 보겠습니다.

자성유체는 엄청난 잠재력을 갖고 있으며 기술 혁명은 아니더라도 많은 중요한 기본 발견과 유망한 기술 응용을 제공합니다.

서지

1. Arefiev I.M. “자성유체의 응용. 자기 그리스." 모스크바: 나우카, 2000.
2. 베를린 M.A., Grabovsky Yu.P., Sokolenko V.F., Pindyurina N.G. 강자성 액체 생산 기술의 일부 문제, Ivanovo, 1981.
3. Kontarev A.V., Stadnik S.V., Leshunkov V.A. “자성유체의 응용. 현대 과학의 발전", 2006.
4. Severtsev L.G. “자성유체는 암에 독이다!” 기사 저널 "분자 의학" No. 3, 2003.
5. Senatskaya I.I., Bayburtsky F.S. "자기장에서 경화되는 액체" 화학과 생명, 2002.

작품의 텍스트는 이미지와 수식 없이 게시됩니다.
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소개

표적: 강자성 유체를 준비하고 그 특성을 연구합니다.

작업:

강자성유체에 대해 알아보세요( 비뉴턴 유체의 종류).

강자성 액체를 준비합니다.

그 특성을 연구하기 위해 실험을 수행하십시오.

그 응용을 알아보세요.

결론을 짓다.

결과를 제시하세요.

가설: 집에서 강자성 액체를 준비하고 그 특성을 연구할 수 있습니다.

결과 범위:연구경진대회 참가

관련성:자성은 물질이 멀리 있는 다른 물질에 인력이나 반발력을 가하는 물리적 현상입니다. 행성 지구에는 두 개의 자극과 자체 자기장이 있습니다. 자석- 우리 일상생활의 중요한 부분. 자석전기 모터, 스피커, 컴퓨터, CD 플레이어, 전자레인지는 물론 자동차와 같은 장치의 필수 구성 요소입니다. 자석센서, 계측기, 생산 장비, 과학 연구에 사용됩니다. 강자성 유체는 비뉴턴 유체의 한 종류입니다. 이것은 인공적으로 만들어진 액체입니다. 이 액체는 사람이 제어할 수 있는 특정 조건에서 특성을 변경합니다.

주요 부분

2.1 이론적인 부분

자성유체란 유체와 자기적으로 제어되는 특성을 지닌 독특한 기술의 인공합성 물질입니다.

1963년 NASA 직원 스티브 파펠(Steve Papell)은 강자성 유체를 발명했습니다. 그는 매우 구체적인 문제를 해결하고 있었습니다. 무중력 상태에서 로켓의 연료 탱크에 있는 액체를 펌프가 연료를 연소실로 펌핑하는 구멍에 접근하도록 하는 방법이었습니다. 그때 Papell은 외부 자석을 사용하여 탱크 내 연료의 움직임을 제어하기 위해 연료에 일종의 자성 물질을 추가하는 중요한 해결책을 생각해 냈습니다. 강자성 액체는 이렇게 탄생했다.

강자성 유체의 최소 구성은 강자성(예: 자성 금속의 작은 입자) 및 용매(예: 다양한 오일)입니다. 그러나 그러한 액체는 안정될 것입니다. 이를 방지하려면 표면개질제(강자성체가 서로 달라붙는 것을 방지하는 물질, 예를 들어 구연산)를 첨가할 필요가 있습니다. 강자성 액체는 콜로이드 화학 과학 분야에서 연구됩니다.

자성유체는 고체와 접촉할 때 낮은 마찰계수, 미세체적에 침투하는 능력, 거의 모든 표면을 적시는 능력 등 액체 물질의 모든 장점을 갖고 있습니다. 동시에, 자성유체의 자기제어성자기장의 영향을 받아 장치의 원하는 위치에 고정할 수 있습니다.

2.2 실용적인 부분:

작업의 실제적인 부분에서는 강자성 유체를 만들어 보고 자석이 있을 때 어떻게 변하는지를 살펴보았습니다.

2.2.1 재료 및 도구:

토너 분말, 현상액, 철분, 자성 분말;

기계유, 해바라기유;

레몬산;

네오디뮴 자석: 일반 컴퓨터 하드 드라이브, 오디오 스피커, 전문 매장에서 구입한 네오디뮴 링 자석.

병, 깔때기, 다양한 표면, 비닐봉지, 장갑, 스틱;

메모장, 펜, 카메라, 노트북.

2. 2.2 실험 No. 1 토너분말과 기계유로부터 강자성액체 얻기

토너 분말과 기계유를 나머지 기계유인 토너 분말의 1/3의 비율로 사용하여 강자성 액체를 제조하는 방법을 설명하는 글로벌 인터넷 사이트가 많이 있습니다. 형제 레이저프린터용 토너가루와 기계유를 챙겨갔습니다. 플라스틱 병에 혼합합니다. 섞은 후 자석을 댔는데 아무 일도 일어나지 않았습니다. 액체를 얻었으나 자기적 특성이 없었습니다. 액체가 자성이라면 자석이 움직일 때 액체가 응고되어 모양이 바뀔 것입니다. 실험은 실패로 끝났습니다.

2.2.3 실험 No. 2 토너분말, 현상액, 기계유로부터 강자성액체 얻기

첫 번째 경험에서 사용된 토너는 강자성이 아니라는 결론을 내렸습니다. 최신 레이저 프린터는 현상액(특수 자성 분말)을 사용하여 잉크를 자화합니다. 첫 번째 실험에서 얻은 액체에 현상액의 1/3을 추가했습니다. 자석을 가까이 가져가자 액체는 거의 감지할 수 없는 덩어리를 이루었고 아니다굳어졌다. 그 결과 약한 강자성 특성을 지닌 액체가 탄생했습니다. 실험은 실패로 끝났습니다.

2.2.4 실험 No. 3 철분과 기계유로부터 강자성유체 얻기

처음 두 번의 실험이 실패한 후 나는 자석의 강도에 대해 생각하기 시작했습니다. 이를 통해 자기 특성의 존재를 확인합니다. 유체를 테스트하기 위해 오디오 스피커의 자석과 없어진 컴퓨터 하드 드라이브(HDD)의 네오디뮴 자석이라는 두 개의 자석을 사용했습니다. 자석이 아닌 액체 속 강자성의 특성으로 인해 강자성 액체가 얻어지지 않도록하기 위해 결과 용액에 일반 철 가루를 추가했습니다 ( 금속 가공 기계 작업에서 발생하는 폐기물). 자석은 액체의 모든 철 성분을 벽에 끌어당겼습니다! 자기 특성이 나타 났지만 내가 혼합 한 모든 것을 액체라고 부르기는 어렵습니다. 실험은 또 실패로 끝났다.

2.2.5 실험 No. 4 자성분말과 해바라기유를 이용한 강자성액체 제조

따라서 강자성 액체를 얻으려면 좋은 강자성체가 필요합니다! 월드 오브 마그넷 전문점에서 실험용 특수 철 자성 분말을 구입했습니다.

2.2.6 실험 No. 5 자성분말, 구연산, 해바라기유를 이용하여 강자성액체 제조.

강자성 액체의 분리를 방지하기 위해 계면활성제(계면활성제)를 첨가합니다. 저는 계면활성제로 구연산을 선택했어요.

2.2.7 실험 번호 6 강자성 유체의 특성 연구. 자기 제어.

생성된 액체의 특성을 연구하기 위해 네오디뮴 자석을 사용했습니다.

2.2.8 실험 번호 7. 강자성 유체의 특성 연구. 마이크로볼륨을 관통하는 능력(구멍의 막힘 )

지난번 실험에서는 외부 자석을 이용하여 구멍이 새지 않도록 막는 방법을 알아보려고 했습니다. 이를 위해 먼저 바닥에 큰 구멍이 있는 플라스틱 플라스크에 액체를 부었습니다. 그런 다음 그는 자석을 구멍 옆 벽에 가져다 대고 플라스크를 들어 올렸습니다. 자석의 영향으로 액체가 굳어 나머지 액체가 흘러나오는 것을 방지했습니다. 자석을 제거하자마자 모든 것이 플라스크 밖으로 흘러나왔습니다.

2.3 실제 적용

강자성 액체의 응용:

1. 항공기용 전파 흡수 코팅은 강자성 유체를 기반으로 만들어집니다.
2. 유명한 페라리의 제작자들은 자동차 서스펜션에 자기유변유체를 사용합니다. 운전자는 자석을 조작하여 언제든지 서스펜션을 더 단단하게 또는 더 부드럽게 만들 수 있습니다.
3. 강자성 유체는 보이스 코일에서 열을 제거하기 위해 일부 트위터에 사용됩니다. 동시에 기계식 머플러 역할을 하여 원하지 않는 공명을 억제합니다. 강자성 유체는 강한 자기장에 의해 보이스 코일 주위의 틈에 유지되어 자기 표면과 코일 모두와 동시에 접촉합니다.
4. 강자성 액체는 굴절 특성으로 인해 광학 분야에서 다양한 용도로 사용됩니다. 이러한 응용 분야 중에는 헬륨-네온 레이저로 조명되는 편광판과 분석기 사이에 배치된 액체의 특정 점도를 측정하는 것이 있습니다.
5. 기울기 센서 및 가속도계의 작동 유체로 사용됩니다.
6. 서로 다른 밀도의 물질을 분리 및 분리하기 위한 자기 분리기에 사용됩니다. 자성유체에는 또 하나의 놀랍고 독특한 특성이 있습니다. 다른 액체와 마찬가지로 그 안에서도 밀도가 낮은 물체는 뜨고 밀도가 높은 물체는 가라앉습니다. 하지만 자기장을 가하면 익사한 시체가 뜨기 시작합니다. 더욱이 자기장이 강할수록 물체가 더 무거워져 표면으로 올라갑니다. 다양한 강도의 자기장을 적용함으로써 특정 밀도의 물체를 강제로 부유시키는 것이 가능합니다. 자성유체의 이러한 성질은 이제 광석 농축에 사용됩니다. 그것은 자성 유체에 빠져들고, 자기장이 증가함에 따라 먼저 폐석이 강제로 떠오른 다음 무거운 광석 조각이 떠오릅니다. 예를 들어 금과 정광을 분리하는 경우입니다.
7. 긴급 유출 및 재해 발생 시 석유 제품의 수면을 청소하는 데 사용됩니다.
8. 인쇄 및 그리기 장치. 자성유체를 이용하여 작동하는 인쇄 및 드로잉 장치가 있습니다. 물감에 약간의 자성유체를 첨가하면, 그 물감이 앞에 놓인 종이 위에 가늘게 분사됩니다. 흐름이 어떤 것에 의해 편향되지 않으면 선이 그려집니다. 그러나 전자석은 TV 브라운관의 편향 전자석처럼 흐름의 경로에 배치됩니다. 여기서 전자 흐름의 역할은 자성 유체가 포함된 얇은 페인트 흐름에 의해 수행됩니다. 이것이 전자석에 의해 편향되고 문자, 그래프 및 그림이 종이에 남아 있습니다.

3. 결론

결론

1. 집에서 강자성 액체를 준비하고 그 특성을 연구할 수 있습니다.
2. 실험의 성공 여부는 자석의 강도와 강자성체의 품질에 따라 달라집니다. 토너 가루나 프린터 현상액을 사용하는 경우에는 자성 가루가 포함되어 있는지 확인해야 합니다.
3. 자석을 사용하면 강자성 유체의 일부 특성을 확인하고 다양한 메커니즘이 어떻게 작동하는지 이해할 수 있습니다.

사용된 출처 및 참조 목록

1. 집에서 강자성 유체를 만드는 방법은 무엇입니까? 빅토로바 L.
2. (“NiZh”, 2015, No. 12) https://www.hij.ru/read/issues/2015/december/5750/
3. MAGNETIC FLUID, I. Senateskaya, 화학 과학 후보 F. Bayburtsky https://www.nkj.ru/archive/articles/4971/ (과학과 생명, MAGNETIC FLUID)
4. 강자성 유체 https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B5%D1%80%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD %D0%B8%D1%82%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B6%D0%B8%D0%B4%D0%BA%D0%BE%D1%81%D1%82%D1 %8C
5. 자성유체(Ferrofluid) - 자성유체란 무엇이며 스스로 자성유체를 만드는 방법 http://www.sciencedebate2008.com/ferrofluid/

강자성유체(FMF)의 응용

강자성유체의 응용분야

강자성 유체는 하드 드라이브의 회전 축 주위에 액체 밀봉 장치를 만드는 데 사용됩니다. 회전축은 자석으로 둘러싸여 있으며, 자석의 인력에 의해 유지되는 자석과 축 사이의 틈에 소량의 강자성 유체가 배치됩니다. 액체는 외부 입자가 하드 드라이브에 유입되는 것을 방지하는 장벽을 형성합니다. Ferrotec Corporation 엔지니어에 따르면 회전축의 액체 씰은 일반적으로 3~4psi(약 20,680~27,580Pa)의 압력을 견딜 수 있지만 이러한 씰은 액체가 기계적으로 흡입되기 때문에 선형 운동 부품(예: 피스톤)에는 적합하지 않습니다. 틈새에서.

강자성 유체는 보이스 코일에서 열을 제거하기 위해 많은 고주파 스피커에도 사용됩니다. 동시에 기계적 댐퍼 역할을 하여 원치 않는 공진을 억제합니다. 강자성 유체는 강한 자기장에 의해 보이스 코일 주위의 틈에 유지되어 자기 표면과 코일 모두와 동시에 접촉합니다.

강자성 유체는 마찰을 줄일 수 있습니다. 네오디뮴과 같이 충분히 강한 자석의 표면에 적용하면 자석이 최소한의 저항으로 매끄러운 표면 위로 미끄러질 수 있습니다.

Ferrari는 서스펜션 성능을 향상시키기 위해 일부 자동차 모델에 자기유변유체를 사용합니다. 컴퓨터로 제어되는 전자석의 영향으로 서스펜션이 즉시 더 단단해지거나 부드러워질 수 있습니다.

미 공군은 강자성 유체를 기반으로 한 무선 흡수 페인트를 출시했습니다. 전자파의 반사를 줄여 항공기의 유효 산란 면적을 줄이는 데 도움이 됩니다.

NASA는 우주에서 우주선을 안정화하기 위한 시스템의 기초로 닫힌 고리에서 강자성 유체를 사용하는 실험을 수행했습니다. 자기장은 링의 강자성 유체에 영향을 주어 각운동량을 변경하고 선박의 회전에 영향을 줍니다.

강자성 액체는 굴절 특성으로 인해 광학 분야에서 다양한 용도로 사용됩니다. 이러한 응용 분야 중에는 헬륨-네온 레이저로 조명되는 편광판과 분석기 사이에 배치된 액체의 특정 점도를 측정하는 것이 있습니다.

의학에서는 생체적합성 강자성 액체를 사용하여 암을 진단할 수 있습니다. 종양을 제거하기 위해 강자성 유체를 사용하는 것에 대한 많은 실험도 진행되고 있습니다. 강자성 유체를 종양에 주입해 급변하는 자기장에 노출시키면 마찰로 발생하는 열이 종양을 파괴할 수 있다고 추정된다.

민감도가 다른(예: 온도 구배로 인해) 강자성 유체에 자기장이 가해지면 불균일한 자기 부피 힘이 발생하여 열자기 대류라는 열 전달 형태가 발생합니다. 이러한 형태의 열 전달은 마이크로 장치나 저중력 환경과 같이 기존의 대류가 적합하지 않은 경우에 사용할 수 있습니다.

스피커의 열을 방출하기 위해 강자성 유체를 사용하는 방법은 이미 언급되었습니다. 유체는 자기장에 의해 고정된 보이스 코일 주변의 틈을 차지합니다. 강자성 액체는 상자성 특성을 갖고 있기 때문에 Curie-Weiss 법칙을 따르며 온도가 증가함에 따라 자성이 약해집니다. 열을 생성하는 보이스 코일 근처에 위치한 강력한 자석은 뜨거운 유체보다 차가운 유체를 더 많이 끌어당겨 뜨거운 유체를 코일에서 냉각기 쪽으로 끌어당깁니다. 이는 추가 에너지가 필요하지 않은 효과적인 냉각 방법입니다.

일정한(자화) 자기장과 교번 자기장의 조합에 위치한 동결 또는 중합된 강자성 유체는 초음파를 생성하는 데 사용할 수 있는 교번 자기장의 주파수를 갖는 탄성 진동의 소스 역할을 할 수 있습니다.