فرو سیال چیست ؟
آهنربای مایع یا فروسیال (Ferro Fluid) مخلوطی کلوئیدی از ذرات مغناطیسی به قطر تقریباً 10 نانومتر در یک مایع حامل است .مایع، آب یا یک سیال آلی حامل دارای ماده ترسازی است که از چسبیدن ذرات به یکدیگر ممانعت به عمل می آورد فروسیال ها )که سیا لهای مغناطیسی یا نانوسیال های مغناطیسی نیز نامیده می شوند) کلوئیدها یی مثل ، Fe3O4، γ-Fe2O3، CoFe2O4 Co، Fe یا Fe C بوده که به طور پایدار در یک مایع حامل پراکنده شده اند، درنتیجه این مواد نانو به طور همزمان خواص سیّال و مغناطیسم را نشان می دهند . ابعاداین ذرات آنقدر کم است که آشفتگی گرمایی، آنها را به طور یکنواخت در یک مایع حامل پراکنده می کند و از نظر مقداري آنقدر کم هستند که خود ذرات در واکنش های سراسری مایع شرکت می کنند. این موضوع، با روشی که یون ها در یک محلول آبکی نمکی پارامغناطیسی (مثل یک محلول آبکی سولفات مس (2) یا کلرید منگنز (2)) محلول را پارامغناطیس می سازند، قابل مقایسه است.
درواقع، فروسیالها ذرات آهنی بسیار ریزی هستند که با یک لایه مایع وهمین طور ترساز پوشش داده شده اند، سپس به آب یا روغن اضافه شده اند که به آنها خواص مایع را می دهد. فروسیال ها، سوسپانسیونهای کلوئیدی هستند، یعنی موادی با خواصی بیش از خواص یک حالت از ماده در این مورد، دو حالت از ماده عبارتند از فلز جامد و مایعی که فلز در آن واقع است . این توانایی تغییر فاز، همراه با اعمال میدان مغناطیسی، به آنها اجازه می دهد به عنوان درزبندها و روانسازها و حتی در کاربردهای بیشتر در سیستم های آینده نانوالکترومکانیک مورد استفاده قرار گیرند. فروسیال های کامل، پایدارند. این به آن معناست که ذرات جامد، حتی تحت تأثیر میدا نهای مغناطیسی بسیار شدید، دچار توده شدگی یا جدایی فاز نمی شوند. اما عامل ترساز در طول زمان )چندساله( متمایل به شکسته شدن است و در نهايت نانوذرات، دچار توده شدگی خواهند شد و از مایع جدا شده و دیگر در واکنش مغناطیسی سیال شرکت نخواهد کرد. فروسیال ها، خواص مغناطیسی خود را در دماهای به اندازه ی کافی بالا که دمای کوری خوانده می شوند، ازدست می دهند. رابطه زیر میزان کاهش مقاومت یک فروسیال را با افزایش دما نشان می دهد :
ρ=V×e^(-B^2 )+p
که در آن :
ρ : مقاومت (M )
V : عدد Vollemaکه برای هر فرو فلویید، مقدار متفاوتی دارد.
B : میزان قوت میدان مغناطیسی (mT)
P : ثابت pietrow که معمولا مقدار 0.9912 را داراست.
دمای ویژه کوری مورد نیاز، برحسب ترکیبهای ویژ ه مورد استفاده برای نانوذرات، ترساز و مایع حامل، متغیر است. فروسیال به لحاظ حجمی متشکل است از حدود 5 درصد جامدهای مغناطیسی، 10 دصد ترساز، و 85 درصد حامل هستند . در یک نوع فروسیال قابل ساخت، برای ذرات مغناطیسی، از آهن مغناطیسی(Fe3O4 ) ،برای ترساز از اسید اولئیک و برای سیال حامل از نفت سفید استفاده می شود :
2 FeCl3 + FeCl2 + 8 NH3 + 4H2O →Fe3O4 + 8 NH4Cl
ترساز باید قابل حل در مایع حامل باشد. اغلب در فرآیند ساخت فروسیا لها پوشش هایی از مواد مختلف روی ذرات مغناطیسی داده می شود که دو وظیفه مهم به عهده دارند: اولاً نقش ترساز را بازی می کنند یعنی با ایجاد جاذبه های مولکولی قوی بین خود و مولکول های مایع حامل، سیالی یک دست ایجاد کرده و مانع توده شدگی ذرات مغناطیس حتی تحت شیب های شدید میدان مغناطیسی می شوند و ثانیاً به دلیل جرم حجمی کمتر آنها نسبت به ذرات مغناطیسی، باعث می شوند که جرم حجمی متوسط ذرات دارای پوشش از جرم حجمی ذرات مغناطیسی بدون پوشش کمتر شده و در حد تعلیق در مایع حامل باشد تا به این ترتیب کلوئیدی پایدار تشکیل شود.
فروسیالها برخلاف نامشان، پدیده فرومغناطیسم را به نمایش نمی گذارند زیرا آنها مغناطیس شدگی را در غیاب یک میدان اعمال شده خارجی نگه نمی دارند بلکه فروسیا لها عمدتاً پدیده پارامغناطیسم را به نمایش می گذارند و غالباً به خاطر فروگیری مغناطیسی بالای آنها، به عنوان سوپرپارامغناطیس توصیف می شوند. ساخت مایع های مغناطیسی دائمی درحال حاضر مشکل است .در بسیاری از کاربردهایی که با آنها مواجهیم، مثلاً در درزبندی ها یا بارپذیر یهای چرخشی، نیاز به سیال هایی مغناطیسی با مغناطش قوی و درعین حال با پایداری کلوئیدی طولانی مدت می باشد. فراهم آوری همزمان این الزمات، مشکل است و شرایط سختی را در مورد پروسه های پایدارسازی که در خلال سنتز نانوسیال های مغناطیسی به کار می رود ایجاب می کند. درحال حاضر، ترکیب، ساختمان و خواص انواع مختلف فروسیا لها و همچنین کاربرهای صنعتی و پزشکی-زیستی آنها مشخص و ارائه شده است.
تفاوت بین فروسیال ها و سیال های مغناطورئولوژیMR fluids (Magnetorheological) در اندازه ذرات است. ذرات در یک فروسیال عمدتاً متشکل از ذراتي در محدوده ابعاد نانو هستند که در اين صورت قادرند با حرکتهای براونی به حالت تعلیق باقی بمانند و عموماً تحت شرایط عادی ته نشین نمی شوند ولي ذرات سیال MR به طور عمده متشکل از ذرات میکرومتری )با ابعادی به اندازه 10 تا 1000 مرتبه بزرگتر( هستند که بیش از آن سنگین اند که حرکت براونی بتواند آنها را در حالت تعلیق نگاه دارد و لذا بر اثر اختلاف چگالی ذاتی بین ذره و مایع حامل، به مرور زمان ته نشین می شوند. درنتیجه، این دو سیال کاربردهای بسیار متفاوتی دارند. سیال MR در حضور میدان مغناطیسی، سفت و محکم می شود.
سنتز فروسیال ها : سنتز فروسیا ل ها دو مرحله اصلی دارد:
1-آماده سازی ذرات مغناطیسی در محدوده ابعادی نانو (درحدود 2 تا 15 نانومتر)
2- پراکنده سازی/ پایدارسازی نانوذرات در مایعات حامل قطبی و غیرقطبی مختلف.
آن قسمتی که به نانوذرات هیدروکسید آهن مربوط می شود مؤثرترین روش، فرآیند ته نشینی همزمان شیمیایی است. برحسب خواص مایع حامل و کاربردهای مورد انتظار، رویه های مختلفی از سنتز فروسیال توسعه یافته است. در حال حاضر، مکانیسم های پایدارسازی نانوذرات مغناطیسی در انواع مختلف مایعات حامل، به گونه ای که مانع تشکیل برگشت ناپذير توده ذرات، حتی در میدانهای مغناطیسی شدید و قویاً غیریکنواخت ، مشخص شده است.
تحقیقات ساختمانی و پایداری کلوئیدی :
در مورد نانوذراتی که از لحاظ فضایی در مایع های حامل مختلف پایدار شده اند کارایی پوشش سطحی ذرات را نوع و کیفیت ترسازهای مورد استفاده، دمای محیط و درنتیجه تعادل بین فعل و انفعالات جاذبه ای و دافعه ای بین ذرات، تعیین خواهد کرد. وقتی فعل و انفعالات جاذبه ای غالب باشد، ممکن است انواع توده شدگی ها، که معمولاً به شکل زنجیره های خطی شبه موازی با خطوط میدان مغناطیسی اعمال شده یا به شکل تراکم های شبه قطره ای هستند، حاصل شود. توده شدگی ها در سیا ل های مغناطیسی مورد استفاده در اغلب کاربردها، نامطلوبند، بنابراین رو شهای شناسایی، عمدتاً روی این پروسه های توده شدگی و اثرات آنها در رفتار ماکروسکوپیک سیال ها متمرکز شده اند.
یکی از مؤثرترین رو شهای تحقیقات نانوساختمانی، براساس پراکندگی نوترونی تحت زاویه ی کوچک، SANS یا small یا angle neutron scattering است. از این روش برای آشکار کردن خصیصه های ساختمانی در ابعاد 1 تا 100 نانومتر استفاده می شود.
نوع فایل:word
تعداد صفحات:10 صفحه
کیفیت:عالی
قیمت:1000 تومان
){kind=link}