Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Магнитный нанопорошок...или как сделать магнитную жидкость за пару минут

Ключевые слова:  магнитная жидкость, наноматериал, нанопорошок, нанотехнология

Автор(ы):  Арефьев Игорь Михайлович, Арефьева Татьяна Альбертовна, Казаков Юрий Борисович

04 августа 2011

На фотографии и видео представлен магнитный нанопорошок. В каждой крупице такого порошка собраны десятки и сотни миллиардов магнитных наночастиц – частиц магнетита.

Попробуем получить из порошка магнитную жидкость. Зальем его неполярным углеводородом. При этом на глазах будет происходить «растворение» магнетита. Возможно ли такое? Разве можно растворить железо или тот же магнетит, например, в керосине? Можно, если магнетит стабилизирован поверхностно-активным веществом. Процесс «растворения» порошка при перемешивании занимает несколько минут…

Магнитная жидкость готова.

 

 

Средний балл: 10.0 (голосов 15)

 


Комментарии
Владимир Владимирович, Артем, второе видео – получение малоконцентрированной магнитной жидкости – размещено как дополнение к нашему обсуждению (см. http://www.n...259570.html).
Суспензии свежеполученного нестабилизированного магнетита всегда черные независимо от массовой доли твердой фазы.
При «растворении» черного стабилизированного магнетита в носителе получаем малоконцентрированную магнитную жидкость, причем по мере «растворения» цвет меняется от светло- до темно-коричневого. При увеличении концентрации магнетита МЖ приобретает классический черный цвет.
Я полагаю, что в малоконцентрированных магнитных жидкостях на окраску МЖ существенное влияние оказывает ПАВ. Возможно, это оптические явления.
Великолепно!
Очень интересно, а главное понятно всем, всем...
Но желательно дополнительно привести информацию о свойствах магжидкостей, или же ссылки, предпочтительнее объясняющие просто-просто суть физики и химии происходящего.
Ждём-с.
Суть происходящего состоит в следующем.
При добавлении в порошок магнетита неполярного носителя происходит пептизация – самопроизвольное разрушение агрегатов с образованием частиц первичного размера. Что инициирует данный процесс? Ответ простой – жидкость-носитель. Поскольку частицы магнетита стабилизированы поверхностно-активным веществом, при добавлении носителя происходит взаимодействие углеводородных радикалов молекул ПАВ с молекулами жидкости-носителя. Это взаимодействие настолько сильно, что агрегаты из миллиардов наночастиц магнетита разрушаются. Этот процесс, конечно, весьма условно, мы назвали «растворением», хотя никакого растворения твердых частиц не происходит. Одновременно с пептизацией происходит распределение наночастиц в жидкости. В результате образуется однородная коллоидная система – магнитная жидкость. Собственно, видео это демонстрирует. Перемешивание ускоряет описанные выше процессы. Однако можно было бы обойтись и без него. Правда в этом случае пришлось бы подождать несколько часов.
Также просьба подсказать, каким образом нам это можно попытаться сделать самостоятельно. Спасибо!
Ангелина Валерьевна, для того, чтобы ЭТО сделать самостоятельно, необходимы знания, опыт, материально-техническая база. У Вас все впереди. Возможно, когда-нибудь мы вернемся к этому вопросу.
Интересно!
Конечно, у меня нет ни нужной научно-технической базы, ни какого-либо опыта и так далее и тому подобное, но быть простым наблюдателем-обывателем тоже не скучно, как зрителем в театре.
Палии Наталия Алексеевна, 03 августа 2015 16:48 
замечательное видео и познавательное
Владимир Владимирович, 10 августа 2011 15:03 
Татьяна Альбертовна,
Мое мнение, что это как оптические, так и химические явления.
К примеру, гематит (наиболее стабильный оксид железа(III)) в дисперсных формах красный, а как материал - черный и блестящий - вот хорошая иллюстрация.
Из нашего ограниченного опыта, магнетит остается черным (и серым, а не рыжим и бурым) даже в разбавленных дисперсиях.
ПАВ - кислота. Думается, что окисление железа ускоряется как за счет "кислотности", так и более прочной координации к железу(III) - что, по сути, две стороны одной медали.

Конструктивный научный вопрос в этом контексте - пробовали ли вы использовать олеиламин, как чистый, так и в качестве ко-стабилизатора совместно с олеиновой кислотой (по аналогии с синтезом наночастиц, где наблюдается синергия) - например, 5,10, 20%.
Эти эксперименты имеют хороший шанс пролить свет на поведение системы и, возможно, получить перспективные модификации магнитных жидкостей.
Владимир Владимирович, я с Вами согласна. Во время нашего предыдущего обсуждения я отметила, что в магнетите, стабилизированном ПАВ, соотношение 2-х и 3-х валентного железа 1:8. Единственное, что меня смущало – черный цвет стабилизированного магнетита.
Владимир Владимирович, олеиламин с качестве ПАВ мы никогда не использовали. В свое время мы пытались использовать в качестве стабилизатора триэтаноламин. Однако получили отрицательный результат. Энергия взаимодействия аминогруппы с активными центрами на поверхности магнетита при хемосорбции, по-видимому, гораздо меньше энергии взаимодействия карбоксильной группы (или групп) с активными центрами. Конечно, энергия взаимодействия зависит, в том числе, и от длины углеводородного радикала (правило Траубе). Но, при прочих равных условиях, ПАВы с карбоксильными группами предпочтительнее.
Что касается синергии. При синтезе МЖ это очень действенный механизм, позволяющий добиться желаемого результата. Подбор ПАВ или комбинации ПАВ (отдельный вопрос – соотношение компонентов) – чрезвычайно сложная задача, решаемая, в основном, экспериментально. Мы оцениваем эффективность ПАВов и их комбинаций по конечному продукту, т.е. по МЖ. На это уходят месяцы и годы (1 – проверка стабильности МЖ в статике, 2 – проверка стабильности МЖ при внешнем воздействии, 3 – испытания на стендах, 4 – испытания в конкретных устройствах).
Татьяна Альбертовна,
Вы, конечно, правы - ионная связь карбоксильной группы сильнее донорно-акцепторной амина. Но в последнем случае меньше нарушается электронная структура поверхностного слоя частицы, что особенно важно для нанообъектов (с уменьшением размера возрастает доля атомов на поверхности). Этаноламины и не должны стабилизировать магнетит, т.к. 1) маленькая молекула, стерический фактор недостаточный 2) гидрофильная, не препятствует контакту частицы с водой (и растворенным кислородом). Всё-таки, олеиламин может быть интересным стабилизатором (или смесь с олеинкой). Вопрос не в тему: а Вы не пробовали получать магнетит (первая стадия, соосаждение) в магнитном поле? Должно получиться что-нибудь упорядоченное (палочки, например) :))
Владимир Владимирович,
по литературным данным Fe(III) может окислять ненасыщенные жирные кислоты. Иначе говоря, с помощью олеинки гематит можно перевести в магнетит. Вот забавный эксперимент (как раз для Ангелины Валерьевны :)
Александр Борисович, насчет этаноламинов я с Вами абсолютно согласна.
Я пыталась использовать их для стабилизации магнетита еще лет 20 назад, когда только нащупывались подходы к синтезу магнитных жидкостей. Попытки создать устойчивые коллоидные системы сопровождались постоянным поиском чего-то нового. Без ошибок, пусть даже очевидных с точки зрения теории, никогда не будет результата и понимания.

…ионная связь карбоксильной группы сильнее донорно-акцепторной амина. Но в последнем случае меньше нарушается электронная структура поверхностного слоя частицы, что особенно важно для нанообъектов…
Для нас важна, прежде всего, энергия адсорбционного взаимодействия. Как я понимаю, чем больше энергия, тем сильнее изменения в электронной структуре поверхностного слоя в результате хемосорбции, и наоборот. Всё логично. Вопрос: носят ли для частиц магнетита со средним диаметром 10 нм такие изменения негативный характер? Или наоборот. Как раз в этом случае, изменения электронной структуры поверхностного слоя как следствие хемосорбции делают адсорбционные взаимодействия ещё сильнее, а значит, только помогают решить одну из первоочередных задач при синтезе МЖ – стабилизацию частиц дисперсной фазы.

Всё-таки, олеиламин может быть интересным объектом (или смесь с олеинкой).
Будет возможность, обязательно попробуем.

Иначе говоря, с помощью олеинки гематит можно перевести в магнетит.
Интересно получается. Для магнетита, стабилизированного ПАВ, получаем соотношение 2-х и 3-х валентного железа 1:8. Это уже не магнетит!?
А если адсорбировать олеинку на частицах гематита, то получим истинный магнетит?
Владимир Владимирович, 10 августа 2011 21:54 
В очень интересных ссылках Александра Борисовича, олеиновая кислота работает восстановителем в безводных фазах при температуре кипения жирных кислот (по крайней мере - 150-200С). В водных фазах, при комнатной температуре и скорее всего даже при 100С вряд ли будет происходить восстановление.

И почему гематит? Ржавчина скорее оксигидроксиды и, скорее всего, сначала образуются соли железа, которые восстанавливаются в магнетит (трудно представить твердофазную реакцию гематит-магнетит с олеиновой кислотой, хотя с водородом под давлением где-то видел - работает).
Владимир Владимирович,
Пример приведён только как вариант реакции ЖК и оксидов железа :) Конечно, Вы правы - в воде ЖК своим солеобразованием скорее ускоряют окисление. В эксперименте ЖК участвует в переходе Fe(III)-->Fe(II), не обязательно из гематита (а теоретически - почему бы нет?). Впрочем, Вы опять правы - это разложение Fe-соли в бескислородной (безводной) среде. Классический пример - оксалат железа, где разложение приводит к металлу (пирофорное железо).
трудно представить твердофазную реакцию гематит-магнетит с олеиновой кислотой
Почему бы нет, на поверхности будет образовываться олеат (и разлагаться в Fe(II)). А если это нанодисперсный порошок, где поверхностные атомы преобладают? К тому же возможен "перенос" железа из кристалла геметита в кристалл магнетита с помощью олеата (в приведённом эксперименте - как раз твердофазная реакция, когда из аморфной ржавчины образуются правильные одинаковые кристаллы). Мы уже обсуждали такие процессы тут :)

Татьяна Альбертовна,
если адсорбировать олеинку на частицах гематита, то получим истинный магнетит?
Попробуйте сделать это (гематит+олеинка) в избытке олеинки (лучше в олеиламине) и подогрейте - наверняка получите :)
А что Вы скажете по вопросу образования частиц магнетита в магнитном поле? Кстати, можно попробовать не только осаждение из водной смеси солей, но и (что гораздо интереснее) при разложении солей в органике - как в примере, приведённом выше. Можно ожидать интересные структуры и/или улучшение магнитных свойств :)
Владимир Владимирович, 11 августа 2011 00:42 
Александр Борисович,
Вы еще более правы!
Владимир Владимирович, 11 августа 2011 04:07 
А что Вы скажете по вопросу образования частиц магнетита в магнитном поле? Кстати, можно попробовать не только осаждение из водной смеси солей, но и (что гораздо интереснее) при разложении солей в органике - как в примере, приведённом выше. Можно ожидать интересные структуры и/или улучшение магнитных свойств :)

Идея очень интересная, напрямую у нас не работало - слипаются совсем (или совсем не слипаются).
Видел неплохие работы по солидификации "струн" магнитных частиц силикагелем, но не настолько, чтобы воспроизводить.
Извините, что я без цитат
Попробуйте сделать это (гематит+олеинка) в избытке олеинки (лучше в олеиламине) и подогрейте - наверняка получите :)
Очень интересно. Обязательно попробуем.

А что Вы скажете по вопросу образования частиц магнетита в магнитном поле? Кстати, можно попробовать не только осаждение из водной смеси солей, но и (что гораздо интереснее) при разложении солей в органике - как в примере, приведённом выше. Можно ожидать интересные структуры и/или улучшение магнитных свойств :)
Насколько я знаю, при синтезе магнетита в магнитном поле образуются не сферические, а продолговатые частицы. Не возникнут ли сложности при стабилизации таких частиц? И за счет чего произойдет улучшение магнитных свойств?
К вопросу Можно ожидать интересные структуры и/или улучшение магнитных свойств :)

Не секрет, что многие свойства веществ в наносостоянии в значительной степени отличаются от свойств веществ в макросостоянии. Велика роль поверхностных явлений.
А что с магнитными свойствами? Как они изменяются для того же магнетита при переходе его в наносостояние? Весьма интересный вопрос с практической точки зрения.
Намагниченность насыщения природного магнетита составляет около 450 кА/м. Для десятков партий магнитных жидкостей нами была экспериментально измерена их намагниченность насыщения, в том числе, и с целью определения намагниченности, собственно, магнетита. В итоге получили намагниченность насыщения магнетита 420 кА/м. Таким образом, ни о каком кардинальном изменении магнитных свойств магнетита при переходе его в наносостояние говорить не приходится. По сути, от размера частиц зависит динамика намагничивания. В слабых полях ориентируются, прежде всего, крупные многодоменные частицы или агрегаты, а в сильных – наночастицы.
waqa waqax qax, 16 августа 2011 02:16 
мне тоже захотелось вдома попробовать что то подобное сделать
Подскажите пожалуйста какие размеры у наночастиц магнитной жидкости после растворения в керосине? Проверяли ли? Больше 10нм или меньше?
Размер частиц около 10 нм.
Пинчук Михаил Викторович, 07 февраля 2012 10:53 
спасибо
Я не так давно занимаюсь магнитными жидкостями. Получал их методом химического осаждения из раствора двух- и трехвалентного железа. Магнитная жидкость получилась не очень, но я думаю для первого раза нормально))).Когда я наткнулся на это увлекательное видио у меня возник 1 вопрос: какой ПАВ вы использовали или какой ПАВ можно использовать для получения МЖ данным методом.Подойдет ли олеиновая кислота?
Я надеюсь авторы ответят Вам более подробно.
Кратко: они используют олеиновую кислоту, она очень подходит по многим причинам как ПАВ, чтобы сделать магнитные жидкости в неполярных растворителях, как керосин.
Спасибо. Я в принципе так и думал. Когда делал МЖ , то использовал ее, но тут подумал может, что либо другое.
Огромное спасибо за статью!
Очень интересно.
У меня к вам есть вопрос технический: где можно достать такой порошок наномагнетита? Для моего исследования нужна стабильная суспензия наночастиц магнетита (не крупнее 50 нанометров) в керосине. Если бы вы мне сказали, где можно купить, спросить, одолжить такой порошок, я была бы вам очень-очень благодарна...
С уважением,
Мария
А сама я физик-лазерщик, буду использовать такую жидкость для изучения свойств капель такой жидкости, захваченных в оптический пинцет http://ru.wi...a.org/wiki/Оптический_пинцет . В химии и приготовлении коллоидов ничего не понимаю, хотелось бы либо купить готовую, либо приготовить из порошка таким простым способом, как у вас описан.
Трусов Л. А., 11 июля 2013 21:52 
мы недавно сварили на заказ ради интереса. можем ещё.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

О правильной ориентации
О правильной ориентации

Приглашение на вебинар «Комбинация АСМ и оптических методик: новые достижения и приложения»
НТ-МДТ Спектрум Инструментс приглашает Вас принять участие в бесплатном вебинаре «Комбинация АСМ и оптических методик: новые достижения и приложения»

Наносистемы: физика, химия, математика (2019, том 10, № 1)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume10/10-1
Там же можно скачать номер журнала целиком.

XXI Менделеевский съезд по общей и прикладной химии,
Уважаемые коллеги! Приглашаем вас принять участие в работе XXI Менделеевского съезда по общей и прикладной химии, который состоится с 9 по 13 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге и станет одним из основных мероприятий Международного года Периодической таблицы химических элементов, провозглашённого ООН в декабре 2017 г.
Проводится под эгидой Международного союза по теоретической и прикладной химии (IUPAC).

Микроэлементарно, Ватсон: как микроэлементы действуют на организм
Алексей Тиньков
Как на нас воздействуют кадмий, ртуть, цинк, медь и другие элементы таблицы Менделеева рассказал сотрудник кафедры медицинской элементологии РУДН Алексей Тиньков в интервью Indicator.Ru

Зимняя научная конференция студентов 4 курса ФНМ МГУ 22-23 января 2019 г.
Сафронова Т.В.
Настоящий сборник содержит тезисы докладов зимней научной студенческой конференции студентов 4-го курса ФНМ

Самые необычные таблицы Менделеева на выставке Международного года Периодической таблицы химических элементов

6-8 февраля в Российской академии наук состоялось торжественное открытие Международного года периодической таблицы химических элементов в России и приуроченная к этому масштабная интерактивная выставка

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.