Получение стабильной ферромагнитной жидкости | Статья в журнале «Юный ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 1 февраля, печатный экземпляр отправим 5 февраля.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Научный руководитель:

Рубрика: Химия

Опубликовано в Юный учёный №2 (11) апрель 2017 г.

Дата публикации: 03.04.2017

Статья просмотрена: 51 раз

Библиографическое описание:

Лукина В. М., Байгозин Д. В. Получение стабильной ферромагнитной жидкости // Юный ученый. — 2017. — №2. — С. 119-122. — URL https://moluch.ru/young/archive/11/872/ (дата обращения: 21.01.2020).



В настоящее время широко используются технические устройства, в которых в качестве рабочего тела выступают магнитные жидкости. Однако проблема нестабильности подобных субстанций остаётся актуальной, в связи с чем была проведена работа по созданию магнетитовой магнитной жидкости.

Что же такое ферромагнитная жидкость?

ffexp9.jpg35540772.6heic7c0ce.jpg

Феррожидкость — жидкая дисперсная система, коллоидный раствор с диспергированными в него твёрдыми частицами ферро- или ферримагнетика. Для предотвращения коагуляции в жидкую основу вводят ПАВ, которые образуют на магнитных частицах защитные адсорбционные слои, тем самым препятствуя расслоению жидкой и твёрдой фаз. Намагниченность возникает за счет внешнего магнитного поля.

Рис. 1. Адсорбционные слои ПАВ на поверхности частиц

Целью работы было найти лучший способ изготовления феррожидкости, чем раннее известные. Жидкие магниты не используется в технике так широко, как могли бы (далее вы поймете, как велик спектр их применения), из-за их неустойчивости. Задача исследования заключалась выборе условий для нахождения способа устранения этого недостатка и обеспечения оптимальной густоты и намагниченности. Для этого подбирались наилучшая основа, стабилизатор, определялись их соотношение и оптимизировались условия процесса приготовления феррожидкости.

Синтез магнитной жидкости происходил в 2 этапа: осаждение магнетита, выбор которого обусловлен наиболее частым его использованием в технике, и диспергирование его в базисную жидкость. Рассмотрим каждый этап подробнее.

Осаждение магнетита происходило конденсационно-химическим методом, поскольку он позволяет достичь наименьших размеров получаемых частиц, дешёв и технологичен [1, c.53]. Соли двухвалентного и трёхвалентного железа были растворены в воде, растворы нагреты до полного исчезновения осадка, пропущены через бумажные фильтры для отделения механических примесей, а далее осаждены 10 % раствором аммиака. Расчёт массы требуемых солей проводился по уравнению:

2 FeCl3 + FeCl2 + 8 NH3 + 4 H2O = Fe3O4 + 8 NH4Cl.

Полученный магнетит (Fe3O4) многократно промывали и декантировали до pH=9. На этапе осаждения часть образцов было подвергнуто центрифугированию на лабораторной центрифуге ОП-8У при 2000 об/мин для отделения воды от осадка. Вода отделялась также при пониженном давлении на фильтре Шотта, воронке Бюхнера и бумажных фильтрах. Обнаружено, что мельчайшие частицы магнетита при фильтровании под вакуумом просачивались через фильтровальную бумагу.

Следующий этап, диспергирование полученного магнетита в базисную жидкость, осуществлялся двумя путями: нагреванием на водяной бане или встряхиванием. У каждого метода есть достоинства и недостатки: так, например, нагревание на водяной бане требует жёсткого температурного контроля, а встряхивание, лишенное этого недостатка, плохо тем, что далеко не со всеми жидкостями пептизация идёт легко. На этом этапе удалось варьировать свойства получаемой феррожидкости, меняя компоненты и их комбинации, а также соотношение.

В качестве жидкости-носителя были опробованы глицерин, октан, бензин, моторное масло, масло И-20 (индустриальное, дистиллятное), поливиниловый спирт, полиметилсилоксан в различных комбинациях с ПАВ — себациновой, олеиновой кислотами, олеатом натрия. Недостаток феррожидкости, приготовленной в октане — быстрое испарение базисной жидкости, как результат — загустевание жидкости. Феррожидкость на основе поливинилового спирта при охлаждении застывала, так как поливиниловый спирт оседал, для предотвращения этого был добавлении глицерин, однако желаемого результата достичь не удалось, поскольку подвижность резко падала. Остальные основы так же оказались неудобными в использовании, за исключением И-20, обеспечивающего оптимальную намагниченность и вязкость, и полиметисилоксана, давшего наилучший результат. Силиконовое масло — устойчивая, инертная основа, не обладающая коррозийным действием по отношению к частицам железа [2, c.38]. Итак, оптимальными основами оказались октан, масло И-20 и полиметилсилоксан, в качестве ПАВ использовалась олеиновая кислота.

В ходе работы были созданы условия для получения мелких частиц Fe3O4 коллоидного размера (5–10 нм), а также определено соотношение жидкой основы, магнетита и ПАВ для приготовления наиболее устойчивого концентрата (70 % магнетита, 20 % основы и 10 % ПАВ по массе), проработан процесс пептизации. Так же были выявлены достоинства и недостатки основ и ПАВ, их совместимость. Акцентировано внимание на влияние основы на свойства ферромагнитной жидкости, так, например, при нагревании некоторые масла расширяются, а, значит, число частиц в единичном объёме уменьшается, что ведёт к снижению намагниченности.

В будущем планируется провести анализ стабилизирующих свойств ПАВ и полимеров для высокодисперсных частиц металлов с целью упрощения подбора ПАВ для каждой конкретной основы. Предполагается испытать больше основ (трансформаторные, конденсаторные, турбинные масла, фторорганическая основа) и ПАВ (анионоактивных, катионоактивных, неионоактивных) и приготовить магнитную жидкость с другими (не магнетитовыми) коллоидными частицами, например, MnZn и NiZn, соединениями кобальта.

Практическое применение ферромагнитных жидкостей велико: от печати денег до медицины и ракетостроения. Они могут использоваться для транспорта лекарств в больные органы [3, c.116] подачи топлива из баков в двигатель при бесконтактном управлении, обогащении горных пород, а также для сбора разлитой нефти.

Таким образом, благодаря различным вариациям компонентов, открываются перспективы для приготовления жидкостей с определёнными магнитными свойствами, что значительно расширяет возможности их использования.

Литература:

  1. Розенцвейг Р. Феррогидродинамика (1989).
  2. Фертман В. Е. Магнитные жидкости (1988).
  3. Такетоми С., Тикадзуми С. Магнитные жидкости (1993).
  4. Брук Э. Т., Фертман В. Е. «Ёж» в стакане (1983).
  5. Patricia Berger, Nicholas B.Adelman, Katie J.Beckman, Dean J. Campbell, Arthur B.Ellis, George C.Lisensky Preparation and Properties of an Aqueous Ferrofluid (1999).
  6. Сенатская И., Байбуртский Ф. Магнитные жидкости (2002).
Основные термины (генерируются автоматически): базисная жидкость, поливиниловый спирт, ПАВА, полученный магнетит, осаждение магнетита, ферромагнитная жидкость, олеиновая кислота, магнитная жидкость, жидкая основа, водяная баня, частица.


Похожие статьи

О возможности применения продукции нанотехнологий...

Магнитные жидкости – это уникальный технологический искусственно синтезированный материал

Каждая частица хаотически вращается и перемещается в жидкой среде под действием

Синтез магнитной жидкости происходил в 2 этапа: осаждение магнетита...

Разработка методики комбинированного вида лечения...

Синтез магнитной жидкости происходил в 2 этапа: осаждение магнетита, выбор которого. Недостаток феррожидкости, приготовленной в октане — быстрое испарение базисной жидкости, как результат — загустевание жидкости. Магнитно-резонансная томография в...

Разработка магнитного сепаратора для очистки...

Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) или смазочно-охлаждающие технологические средства (СОТС) являются обязательным элементом большинства технологических процессов обработки металлов резанием и давлением на промышленных предприятиях.

Разделение магнетитов по их химическому составу на примере...

В статье рассматривается разделение магнетитов по их химическому составу. С помощью методов многомерной статистики проанализировали распределение элементов — примесей в магнетитах контактово-метасоматических железорудных месторождений.

Новая рецептура эмульсола для приготовления водорастворимой...

· олеиновая кислота 10,0 – 12,0. Недостатками эмульсола [2] является достаточно высокие коррозионность биопоражаемость эмульсола и полученных на его основе водорастворимых СОЖ, и ограниченный срок эксплуатации. Задачу разработки эмульсола для приготовления...

Проблема использования подсолнечного масла в качестве сырья...

Одной из важных проблем, связанных с качеством масла, получаемого из семян масличных культур, является повышение

Семь экспериментальных масел, полученных из семян различных генотипов подсолнечника при свободном опылении, были использованы в изучении...

Исследование воздействия магнитной обработки на свойства...

Механизм действия магнитной обработки на образование АСПО, согласно принятой гипотезе, таков: в движущейся жидкости происходит разрушение агрегатов, состоящих из субмикронных ферромагнитных микрочастиц соединений железа, находящихся при концентрации 10–100 г/т...

Синтез магнитных наночастиц с иммобилизацией на фрактальных...

Синтез отдельных магнитных наночастиц с размерами от 2 до 20 нм и наносистем на их

В работе [11] были проведены эксперименты по созданию монослоёв из частиц магнетита

В работе [14] были проведены эксперименты по синтезу наноструктур методом осаждения из...

Роль нанопорошков в модифицировании сплавов

Под модифицированием чугуна понимают ввод в жидкий чугун перед заливкой в литейные формы специальных твердых, порошкообразных или жидких, простых и комплексных модификаторов, лигатур, сплавов и так далее, мало изменяющих химический состав, но...

Похожие статьи

О возможности применения продукции нанотехнологий...

Магнитные жидкости – это уникальный технологический искусственно синтезированный материал

Каждая частица хаотически вращается и перемещается в жидкой среде под действием

Синтез магнитной жидкости происходил в 2 этапа: осаждение магнетита...

Разработка методики комбинированного вида лечения...

Синтез магнитной жидкости происходил в 2 этапа: осаждение магнетита, выбор которого. Недостаток феррожидкости, приготовленной в октане — быстрое испарение базисной жидкости, как результат — загустевание жидкости. Магнитно-резонансная томография в...

Разработка магнитного сепаратора для очистки...

Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) или смазочно-охлаждающие технологические средства (СОТС) являются обязательным элементом большинства технологических процессов обработки металлов резанием и давлением на промышленных предприятиях.

Разделение магнетитов по их химическому составу на примере...

В статье рассматривается разделение магнетитов по их химическому составу. С помощью методов многомерной статистики проанализировали распределение элементов — примесей в магнетитах контактово-метасоматических железорудных месторождений.

Новая рецептура эмульсола для приготовления водорастворимой...

· олеиновая кислота 10,0 – 12,0. Недостатками эмульсола [2] является достаточно высокие коррозионность биопоражаемость эмульсола и полученных на его основе водорастворимых СОЖ, и ограниченный срок эксплуатации. Задачу разработки эмульсола для приготовления...

Проблема использования подсолнечного масла в качестве сырья...

Одной из важных проблем, связанных с качеством масла, получаемого из семян масличных культур, является повышение

Семь экспериментальных масел, полученных из семян различных генотипов подсолнечника при свободном опылении, были использованы в изучении...

Исследование воздействия магнитной обработки на свойства...

Механизм действия магнитной обработки на образование АСПО, согласно принятой гипотезе, таков: в движущейся жидкости происходит разрушение агрегатов, состоящих из субмикронных ферромагнитных микрочастиц соединений железа, находящихся при концентрации 10–100 г/т...

Синтез магнитных наночастиц с иммобилизацией на фрактальных...

Синтез отдельных магнитных наночастиц с размерами от 2 до 20 нм и наносистем на их

В работе [11] были проведены эксперименты по созданию монослоёв из частиц магнетита

В работе [14] были проведены эксперименты по синтезу наноструктур методом осаждения из...

Роль нанопорошков в модифицировании сплавов

Под модифицированием чугуна понимают ввод в жидкий чугун перед заливкой в литейные формы специальных твердых, порошкообразных или жидких, простых и комплексных модификаторов, лигатур, сплавов и так далее, мало изменяющих химический состав, но...

Задать вопрос