НАНОТЕХНОЛОГИЯ В БЛИЖАЙШЕМ ДЕСЯТИЛЕТИИ

Магнитные жидкости, содержащие магнитные наночастицы

Т. Кейдер[31]

Ферромагнитные жидкости, впервые полученные в их современной форме в начале 1960-х гг., представляют собой коллоиды из магнитных наночастиц (ди­аметром около 10 нм), покрытых поверхностно-активным веществом (ПАВ) и взвешенных в каком-либо носителе (дисперсионной среде). ПАВ обеспечива­ет стабильность коллоида, а в качестве носителя может использоваться транс­форматорное масло, вода или керосин. Наночастицы ведут себя как полностью независимые постоянные магниты, поэтому полная намагниченность такой ферромагнитной жидкости равна нулю до тех пор, пока к ней не прикладыва­ется магнитное поле (рис. 5.4). Поведение коллоида в магнитном поле опреде­ляется характером поля. Например, во вращающемся магнитном поле наноча-

Магнитные жидкости, содержащие магнитные наночастицы

Рис. 5.4. Визуализация поведения ферромагнитной жидкости (фото предоставлено фирмой Ferrofluidics Corp.).

Стицы начинают вращаться, вовлекая в свое движение и жидкость-носитель. Принципиальное отличие ферромагнитных жидкостей от обычных жидкостей состоит в том, что внутри этих жидкостей при наложении поля возникают объ­емные и поверхностные силы (а также связанные с ними вращающие момен­ты), в результате чего наблюдаются необычные гидромеханические явления [18]. Магнитные жидкости типа магнитореологических суспензий (с более крупными частицами, размером > 100 нм), в отличие от ферромагнитных жид­костей, в сильных магнитных полях проявляют тенденцию к «застыванию».

В современных устройствах ферромагнитные жидкости используются в очень небольших количествах (~ 10 мл), что обусловлено их высокой стоимостью. Текущие применения (объем рынка составляет примерно 30—60 млн. долл.) включают:

• Герметики (для защиты от загрязнений) в приводных устройствах диско­водов ПК; оборудование для выращивания полупроводниковых кристал­лов; медицинское оборудование (устройства для получения ЯМР-изобра - жений и компьютерной сканирующей томографии).

• Вакуумные уплотнители для высокоскоростных высоковакуумных шпин­делей с электрическим приводом.

• Вязкостные глушители колебаний в воздушных зазорах шаговых двигате­лей, используемых в самолетах и других аппаратах.

В ближайшие 3—5 лет ожидается появление новых областей применения ферромагнитных жидкостей, что потребует интенсивных исследований их по­ведения главным образом в постоянных и переменных магнитных полях, а так­же при разных температурных режимах (нагрев, изотермические условия). Не­обходимо развить теоретические представления о поведении таких жидкостей в переменных полях, в частности, сформулировать граничные условия на стен­ках сосуда, когда жидкость вращается как целое. Для любых практических применений необходимо дополнительно исследовать термофизические харак­теристики ферромагнитных жидкостей (включая диэлектрические характери­стики). Сейчас разрабатываются устройства с ферромагнитными жидкостями для следующих областей применения:

• Улучшенные методы охлаждения и электроизоляции силовых трансфор­маторов.

• Магнитное обогащение руды и сортировка металлолома.

Успех в практическом применении ферромагнитных жидкостей даже в од­ной из этих крупномасштабных областей мог бы привести к значительному снижению цены на эти жидкости и открыл бы путь к многим другим примене­ниям. Например, объем (выраженный через доход) потенциального рынка трансформаторов с использованием ферромагнитных жидкостей можно оце­нить в 0,5—1 млрд. долл.

Долгосрочная перспектива (на срок более 5 лет) применения магнитных жидкостей обсуждалась в специальной литературе и представляется многообе­щающей. В Центре НАСА по исследованию микрогравитации изучают поведе­ние магнитных жидкостей в условиях почти полного отсутствия гравитации с целью поддержания процессов свободной конвекции с помощью не силы тя­жести, а магнитной силы. Магнитное манипулирование наночастицами в фер­ромагнитных жидкостях создает уникальную возможность дистанционного регулирования их параметров (давления, вязкости, электропроводности, теп­лопроводности и оптической проницаемости). В долгосрочной перспективе намечаются следующие применения:

• Развитие методов охлаждения и изоляции силового оборудования с исполь­зованием ферромагнитных жидкостей на крупных обитаемых космических станциях.

• Разработка наноразмерных подшипников, в которых будут осуществляться одновременно удерживание и смазка вращающегося внутри втулки вала.

• Разработка методов магнитного регулирования теплопроводности для точ­ного контроля температуры малых устройств, например электронных ком­понентов.

НАНОТЕХНОЛОГИЯ В БЛИЖАЙШЕМ ДЕСЯТИЛЕТИИ

Российские достижения в наноструктурированной продукции

Применение наноалмазов в ГСМ в Украине В последнее время и в России наметились определенные успехи в практической реализации научных исследований. Так, наноструктурированная продукция инструмен¬тального и триботехнического назначения уже сейчас не …

Глобальная «наногонка»: государственное и частное финансирование

  Национальная нанотехнологическая инициатива США (National Nanotechnology Initiative – NNI), принятая благодаря бывшему президенту Клинтону и вступившая в силу в 2001 г., ознаменовала старт глобальной гонки ведущих мировых экономик в …

Программы по нанотехнологии, Поддержанные ведущими министерствами и организациями

М. К. Роко, Дж. Мердэй[85] Ниже предлагается обзор основных исследовательских и образовательных программ, которые считаются наиболее важными и перспективными феде­ральными министерствами и агентствами. 1. Министерство торговли (вместе с НИСТ). Нанотехнология …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.