Les Ferrofluides

Etant tombé sur un article dans un magasine,nous avons choisi dans le thème «nouveauxmatériaux » 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.

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

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.

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.

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

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

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 (Fe3O4), ferrite (MFe2O4 où M

est un cation divalent : M=NiII, CoII, ZnII, BaII...) ou de maghémite (γ-Fe2O3) 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.

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.

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.

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.

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?

(http://www.youtube.com/watch?v=uAO5dTBMDkY)

Sitographie:-http://fr.wikipedia.org/wiki/Ferrofluide-http://www.nikopik.com/2012/10/comment-fabriquer-du-ferrofluide.html-http://www.imaginascience.com/boutique/pages/fichedescriptive.php?ref=37

Bibliographie:Livre Physique/Chimie 1er S