los ferrofluidos

FERROFLUIDOS
“Sopa de
nanoparticulas
Magnéticas”
Universidad Nacional De Colombia Sede Bogotá
Facultad de Ingeniería
Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
Oscar Daniel González Rodríguez
Código: 244863
Mayo de 2010
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RESUMEN
Al hablar de ferrofluidos, se habla de un fluido que se polariza en presencia de un
campo magnético; estos fluidos están compuestos en general por unas partículas
ferromagneticas que se encuentran suspendidas en un fluido portador que hace
las veces de soporte y en la mayoría de los casos es un solvente orgánico o
agua. “Pero lo verdaderamente importante en un ferrofluido son las
nanopartículas ferromagnéticas que se encuentran en suspensión, ya que deben
estar recubiertas por un surfactante (un agente capaz de disminuir la tensión
superficial de un liquido) para evitar su aglomeración cuando el ferrofluido se
somete a las fuerzas magnéticas externas. “1
Las nanopartículas están
compuestas por sustancias ferrosas como la magnetita o hematita y en promedio
presentan un tamaño de 10 nanómetros. Solo basta con una agitación térmica
para que las nanopartículas se distribuyan de forma uniforme en el seno del
fluido. Los ferrofluidos cumplen a cabalidad cada una de las leyes del magnetismo
al presentar la polarización y el comportamiento de los imanes; y sus usos son
muy característicos y futuristas, como en la nanotecnología y el desarrollo medico.
1
http://www.neoteo.com/liquid-magnetic-sculpture-arte-magnetico-13846.neo
Universidad Nacional de Colombia sede Bogotá
Ferrofluidos “Sopa de nanopartículas Magnéticas”
1
INTRODUCCION: Con el fin de tratar
el proceso de polarización y los
efectos
magnéticos;
más
específicamente en los imanes, se
tratará los ferrofluidos, que presentan
características
propias
de
la
polarización y son fluidos que en
presencia de un campo magnético
intenso forman un patrón corrugado
muy regular. Este efecto se
le
denomina inestabilidad bajo campo
normal.
Para que un fluido pueda tener estas
propiedades
es
menester
que
presenten una composición de
micropartículas ferromagneticas, es
decir
partículas
que
en
su
composición presenten Fe 2+ ó Fe
3+ y poseen un tamaño del orden de
10 nanómetros; esto para que al
efectuarse la agitación térmica las
partículas le confieran al fluido la
respuesta magnética en el medio.
Cabe mencionar que los ferrofluidos
no
presentan
características
ferromagneticas ya que no retienen la
magnetización, antes si bien los
ferrofluidos
son
del
tipo
paramagnético ya que presentan una
gran susceptibilidad magnética.
tales como la industria, la medicina, la
aeronáutica y demás.
LOS FERROFLUIDOS
¿Qué son? Cuando hablamos de
ferrofluidos nos referimos a partículas
magnéticas coloidales inmersas en
un líquido portador, estas partículas
están cubiertas por surfactantes que
deben ser adecuados con el líquido
portador de las microparticulas
magnéticas. El papel del surfactante
es prevenir la aglomeración que es
causada por las fuerzas magnéticas y
las fuerzas de van der Waals, esto
permite que las partículas se
comporten como un solo dominio
magnético y presenten características
similares a los imanes.
2
Otra característica relevante de
ferrofluidos es su
estabilidad, es
decir que las partículas solidas no se
aglomeran ni aun en presencia de un
campo magnético intenso; esto le
confiere características estéticas y de
uso importante en varias ciencias
La importancia de los ferrofluidos
recae
en
que
presenta
simultáneamente propiedades de los
líquidos (fluidos base) y sólidos
2
Esquema de un ferrofluido tomado en Ferrotec
Inc.
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Ferrofluidos “Sopa de nanopartículas Magnéticas”
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(nanoparticulas magnéticas); por esto
se caracterizan los ferrofluidos como
un sistema de dos fases, y se le
conoce como “sopa de nanoparticulas
magnéticas” ya que a escala coloidal
el fluido se muestra como pequeñas
partículas inmersas en un líquido.
sus partículas que presenta una
rotación libre en un determinado
tiempo. Esto trae consigo muchas
ventajas científicas ya que a partir de
que su magnetización puede ser
controlada fácilmente genera una
ventaja que da origen a varias
aplicaciones.
Detalladamente cada nanoparticula
se comporta como un monodominio
magnético y por ende presenta un
momento magnético proporcional a
su volumen. En la superficie se crean
cadenas de polímeros que impiden la
aglomeración de distintos coloides.
Al caracterizar un momento dipolar
tendríamos q hablar de las fuerzas de
repulsión y de atracción que en los
ferrofluidos
se
presentan
básicamente por dos fuerzas; las
fuerzas magnéticas que se le aplican
o en las cuales es sometido el
ferrofluido o la fuerza de van der
Waals.
Como se menciono antes cada
nanopartícula es un ferromagneto
pero en conjunto se comporta como
un paramagneto el cual facilita su
magnetización; “Sin embargo, el
momento
magnético
de
cada
partícula es mucho más grande que
los momentos en un paramagneto
(valores típicos son 10-19 Am2 para
coloides magnéticos y 10-23 Am2).
Es
decir,
presentan
un
comportamiento que es conocido
como superparamagnetico.”3
¿Qué
implica
la
superparamagnetizacion?
Al
tratar
con
sistemas
superparamagneticos que son los
sistemas en este caso producidos por
los componentes de los ferrofluidos,
Implicamos que en este se presenta
un momento dipolar en cada una de
3
http://fisica.usach.cl/~solidos/Thesis/ThesisSoto2006.pdf pagina 2.
La interacción magnética entre los
dipolos del fluido tiende a ordenar los
momentos magnéticos en relación
con la geometría esto está dado por
4
Y el potencial de van der Waals
representa dos términos, el de
atracción como el de repulsión y este
último con un crecimiento rápido del
orden de la potencia inversa de 12 en
distancias
de
separación
de
nanoparticulas
pequeñas,
este
potencial tiene la forma de
4
http://fisica.usach.cl/~solidos/Thesis/ThesisSoto2006.pdf
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Ferrofluidos “Sopa de nanopartículas Magnéticas”
3
Aeroespacial
5
La imagen muestra el efecto visual y
estético causado por un imán a un
ferrofluido. Efecto explicado por las
fuerzas mencionadas anteriormente.
La NASA ha experimentado con el
uso de ferrofluidos en un bucle
cerrado como el corazón de un
sistema de control de nivel para
vehículos espaciales. Se aplica un
campo magnético a un bucle de
ferrofluido para cambiar el momento
angular e influir en la rotación del
vehículo.
Medición
6
Aplicaciones
Industrial
La compañía Matsushita Electric
Industry produjo una impresora capaz
de imprimir 5 páginas por minuto,
utilizando tinta de ferrofluido.
Los ferrofluidos tienen numerosas
aplicaciones en óptica por sus
propiedades refractivas; esto debido
a que cada partícula micromagnética
refleja
luz.
Estas
aplicaciones
incluyen la medición de la viscosidad
específica de un líquido colocado
entre un polarizador y un analizador,
iluminados por un láser de helioneón.
Medicina
Defensa
La Fuerza Aérea de los Estados
Unidos
introdujo
un
pintura
absorbente de radar hecha de
substancias
ferrofluidas
y
no
magnéticas. El material contribuye a
reducir la sección cruzada de radar
de los aviones, reduciendo la
reflexión de ondas electromagnéticas.
5
http://fisica.usach.cl/~solidos/Thesis/ThesisSoto2006.pdf
6
http://es.wikipedia.org/wiki/Ferrofluido
En
medicina,
un
ferrofluido
compatible puede emplearse para
detección de cáncer. También se
utiliza como agente contrastante en
las resonancias magnéticas.
CONCLUSIONES:
Los ferrofluidos son sustancias que
cumplen a cabalidad los principios de
la magnetostatica, la polarización y
los momentos dipolares, al crear por
conjunto de nanoparticulas un
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sistema superparamagnetico que
permite la fácil magnetización,
permitiendo así el desarrollo de
tecnologías del orden de nano,
además de permitir el manejo de las
nanoparticulas
ferromagneticas
permitiendo así el desarrollo de
mejores y más eficientes maquinas y
medicamentos.
Los
ferrofluidos
están
regidos
básicamente por dos fuerzas, las
fuerzas magnéticas y las fuerzas de
repulsión y de atracción de van der
Waals, cuando sometemos a esos
fluidos a un campo magnético las
nanoparticulas ferromagneticas se
alinean con las líneas de fuerza del
campo, generando un corrugado
regular en todo el fluido.
Es menester que las nanoparticulas
se encuentre inmersas en un liquido
portador y que estén recubiertos por
un surfactante el cual no permite la
aglomeración producida por las
fuerzas que actúan sobre el
ferrofluido. Es decir que gran parte de
la respuesta magnética del ferro
fluido depende del surfactante
aunque este se descompone con el
tiempo.
REFERENCIAS:
1) http://www.bases.unal.edu.co:2053/
science?_ob=ArticleURL&_udi=B6V5
B-48S4P9G1&_user=1998314&_coverDate=07%
2F31%2F2003&_alid=1345400287&_
rdoc=1&_fmt=high&_orig=search&_
cdi=5782&_docanchor=&view=c&_ct
=4062&_acct=C000055778&_version
=1&_urlVersion=0&_userid=1998314
&md5=60fdd6a9770f0eede7fef4da3
a45dbc9#hit4
2) http://www.slideshare.net/phi89/elmagnetismo-en-la-industria-450153
3) http://www.neoteo.com/liquidmagnetic-sculpture-arte-magnetico13846.neo
4) http://www.inti.gov.ar/quimica/pdf/
investigacion_aplicada/obtencion_ca
racterizacion_ferrofluidos.pdf
5) http://es.wikipedia.org/wiki/Ferroflu
ido
6) http://fisica.usach.cl/~solidos/Thesis
/Thesis-Soto2006.pdf
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Ferrofluidos “Sopa de nanopartículas Magnéticas”
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Universidad Nacional de Colombia sede Bogotá
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