2. Etant tombé sur un article dans un magasine,nous avons choisi dans le thème
«nouveaux
matériaux » d’étudier cet élément par simple curiosité. Ayant vu aussi que les
ferrofluides avaient des applications dans de nombreux domaines tel que la médecine,
une branche de notre filière,cela nous a conforté dans ce choix. De plus selon des
source,ce serait un élément essentiel pour l’avenir.
En outre,nous avons vu après quelque brève recherche que les ferrofluides impliquaient
quelques notions de physiques,de chimies et de maths selon son champ d’application.
Problématique : A quoi est due la réaction des ferrofluides en présence de source
magnétique ?
Dans un premier temps nous allons introduire ce qu’est un ferrofluide, de plus nous
chercherons comment le créer et pour finiensuite nous chercherons comment cela
fonctionne et pour finir nous nous pencherons sur leurs nombreuses utilisations dans la
vie.
3. 1/-Qu'est ce qu'un ferrofluide
A)- Définition.
Le ferrofluide est une sorte de "limaille liquide",une suspension de
nanocristaux de magnétite, de minuscules aimants de 10 nm de diamètre.
Du coup, si vous approchez un ou des aimants de la paroi de la cellule
ferrofluide, le liquide ferrofluide suit les lignes de champ magnétique.
On voit alors apparaître des cônes qui permettent de visualiser
admirablement ces lignes de champ. Vous pouvez "jouer" à faire passer le
fluide d'une paroi à l'autre par la seule influence d'aimants.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=29K0GGPY0KA
4. B)-Son origine.
Les ferrofluides sont apparus dans la deuxième moitié du XXe
siècle. Ils
n'existent pas à l'état naturel, il a donc fallu les synthétiser. La première
approche des fluides magnétiques a été réalisée par Wilson en 1779 qui a
préparé un fluide constitué de fines particules de fer dans de l'eau. C'est
Stephen Papell en 1963 qui a effectué cette synthèse en mélangeant de la
poudre de magnétite à du kérosène en présence d'acide oléique (huile). Il a
ensuite, dans le but d'obtenir des nanoparticules.Pour la première fois, un
ferrofluide stable était créé.
5. 2)-Comment les créer?
A)-Obtention d’un ferrofluide artisanal.
Pour créer notre propre ferrofluide,nous avons trouvé deux principales
techniques,la première consiste a mélanger du Toner et de l’huile naturelle,
néanmoins celle ci n’as pas eu le succès attendue. Pour la deuxième
technique,nous avons trouver un site anglais qui proposait un protocole pour
créer un ferrofluide,pour cela nous avons du traduire le protocole ci-dessous :
-Mesurer 2.5 mL de Chlorure ferrique dans un becher.Diluer en ajoutant 2.5 mL d'eau distilée.
-Mettre quelque petit morceaux de laine d'acier jusqu'a ce que la solution devienne vert fluo.
-Filtrer le tout dans un becher.
-Prelever 4 mL de solution et ajouter 4 mL de chlorure ferrique.
-Ajouter 40 mL d'amonniaque.
-Chauffer la solution,arrivé a 48°C,ajouter 1 mL d'acide oléique.
-Attendre le temps que la solution se réduise a 40 mL.
-Ajouter 20 mL de cyclohexane lorsque la solution est refroidit.
-Vous observerez deux couches distinct,celle du dessus est le ferrofluide attendu.
6. C’est donc celle ci sans hésité qui fut la plus concluante car nous avons
obtenue une interaction assez forte pour pouvoir obtenir un mouvement du
ferrofluide .
https://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=bXlpK79SI2Y
7. B)-Expérimentation d’un ferrofluide Industrielle.
Lors de l’expérimentation d’un ferrofluide industrielle,nous avons pu
observé lors de l’approche d’un aimant,un véritable champs magnétique qui
permet a l’aimant de rester en contact avec le ferrofluide sans aide extérieur
.On observe de même l’apparition des “pics” qui permette de visualiser le
champs magnétique (plus le champs et fort,plus le “pic” est élevé).
https://www.youtube.com/watch?
feature=player_embedded&v=IKyT1TqKQrM
8. 3)-Comment fonctionnent-ils?
A)-Leurs compositions.
Deux constituants entrent dans la composition d’un ferrofluide : des particules magnétiques solides et
un liquide porteur dans lequel elles baignent.
Les particules solides
Les oxydes magnétiques, principalement des particules de magnétite (Fe3
O4
), ferrite (MFe2
O4
où M
est un cation divalent : M=NiII
, CoII
, ZnII
, BaII
...) ou de maghémite (γ-Fe2
O3
) constituent une grande
proportion des particules utilisées dans les ferrofluides. Pour les obtenir, on procède soit à un
broyage, soit à une alcalinisation d’un mélange aqueux.
Les particules peuvent être aussi de type métallique, par exemple le nickel, le cobalt, le fer, etc.
L'avantage de ces particules est leur forte aimantation. Toutefois, leur rapide oxydation entraine la
diminution ou la perte de cette aimantation.
9. Le liquide porteur
On en distingue deux types :
● Les solvants organiques : essentiellement utilisés dans les applications commerciales, ils
doivent avoir une grande stabilité à la température. Comme exemple, on peut citer :
hydrocarbure aliphatique, diester carboxylique, huile de silicone, polyphéniléther… .
● Les solvants polaires : principalement employés dans les applications médicales. L’eau et les
alcools sont les exemples essentiels.
10. B)Propriétés Magnétiques.
L'aimantation d'un ferrofluide à saturation est égale, à la dilution près, à celle des matériaux
qui le compose. Par exemple, un ferrofluide à base de magnétite, concentré à 15 %, possède une
aimantation de 52,5 kA/m (kilo-ampère par mètre, 10³ A/m) à saturation4,3
. Cette aimantation ainsi
que diverses propriétés caractéristiques du ferrofluide (susceptibilité magnétique, diamètre moyen
et polydispersité des nanoparticules) peuvent être obtenues par mesure de sa courbe d'aimantation
(c'est-à-dire de l'aimantation du ferrofluide, M, en fonction du champ magnétique extérieur
appliqué, H). On utilise pour cela un magnétomètre vibrant ou un magnétomètre SQUID.
Les ferrofluides comporte des particules magnétiques en suspension dans un liquide porteur ,
lors de l'approche d'un aimant,les particules vont se placer sur les lignes de champs magnétiques
créant un "cône" visible. Lorsque l'aimant s'éloigne,les particules se disperse au hasard dans le
liquide porteur.
11.
12. 4)-Ses applications dans la vie quotidienne?
Impression des billets
Les ferrofluides limitent les contrefaçons en étant employés dans l'impression des billets de 1$. Ces billets
sont alors aisément attirés par un aimant9
!
Joints des disques durs
Les ferrofluides sont commercialisés depuis les années 60, notamment en tant que joints isolants destinés
à protéger les disques durs d’éventuels éléments extérieurs et éviter les frottements. Ainsi, ils sont utilisés
pour la lubrification et l’étanchéité des axes de moteur de disques durs en étant introduits entre
l'enroulement et l'aimant assurant la lubrification et empêchant les poussières de se glisser dans
l'interstice.
Enceintes audio
D’autre part, ils permettent également d’améliorer le transfert thermique au sein des enceintes audio de
haute qualité, afin d’obtenir un son de haute performance et sans surchauffe. L'air autour de la bobine de
ces haut-parleurs conduit très mal la chaleur, il est donc avantageusement remplacé par du ferrofluide. Les
particules chauffées au delà de la température de Curie perdent leur aimantation et sont donc remplacées
par des particules froides 9
.
13. Médecine
Dans le domaine de la médecine et de la recherche en biologie, les ferrofluides sont utilisés pour trier des
groupes biologiques. Ainsi, dans la détection de la tuberculose, des ferrofluides se fixent sur les cellules
malades, ce qui permet de les détecter et de les isoler par centrifugation ou application de champ
magnétique.
En IRM, les ferrofluides sont utilisés comme agent de contraste, en modifiant les temps de relaxation du
proton10
.
Une autre application récente est l’utilisation des ferrofluides en cancérologie, par hyperthermie
magnétique : les nanoparticules sont injectées dans des tissus cancéreux, puis on soumet ces tissus à un
champ magnétique alternatif. Ceci entraine une élévation de température de la tumeur.
Amortisseurs de voitures
Il est aujourd’hui envisageable de modifier les caractéristiques des amortisseurs de voitures haut de
gamme selon les conditions de route telles que la vitesse sous l'action d'un champ magnétique, ou plus
utile, de créer des amortisseurs antisismiques réglés sur la fréquence de résonance d'un bâtiment (la
viscosité d'un ferrofluide dépend du champ magnétique qu'il subit)9
.
Jeux Video?
