Ferrofluide
Ferrofluid
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Ein Ferrofluid (im Glas), das auf einen Magneten reagiert
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'Igelförmige' Struktur eines Ferrofluids im Magnetfeld;
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Nahaufnahme der Struktur
Ein Ferrofluid bezeichnet eine Flüssigkeit, die auf ein magnetisches Feld reagiert. Ferrofluide Stoffe bestehen aus wenigen Nanometer großen magnetischen Partikeln, die in einer Trägerflüssigkeit kolloidal suspendiertenen sind. Die festen Teilchen werden in der Regel mit einer polymer Oberflächenbeschichtung stabilisiert. Es ist wichtig, festzuhalten, dass echte Ferrofluide stabile Dispersionenen sind, was bedeutet, dass sich die festen Teilchen nicht mit der Zeit absetzen und selbst in extrem starken Magnetfeldern nicht aneinander anlagern und sich von der Flüssigkeit als andere Phase abscheiden.
Ronald Rosensweigs Buch „Ferrohydrodynamics“ (EA 1985) bietet einen ersten, gut lesbaren Einstieg in die Materie der Ferrofluide (siehe Literatur).
Der Ausdruck „Magnetorheologischeses Fluid“ (MRF) bezeichnet Flüssigkeiten, die ähnlich wie Ferrofluide auf ein Magnetfeld reagieren, sich aber im Gegensatz zu diesen dabei verfestigen. Magnetorheologische Fluide bestehen jedoch aus einer Suspension von Mikrometer großen magnetischen Teilchen, die ein bis drei Größenordnungen größer sind als die der Ferrofluide.
Der Unterschied zwischen Magnetorheologischen Fluiden und Ferrofluiden besteht in der Art der Reaktion auf ein Magnetfeld. Die relativ großen Teilchen der MRF bilden Ketten, wenn ein Magnetfeld angelegt wird. Das erhöht die Viskosität („Zähigkeit“) der MRF und kann sie sogar verfestigen, wenn eine einwirkende Druckkraft nicht groß genug ist, um die Ketten zu brechen. Im Gegensatz dazu bildet ein Ferrofluid keine Ketten. Die zufällige Bewegung der Teilchen überwiegt die Kraft, die sie zusammenzieht; ihre Viskosität ändert sich fast nicht, aber sie neigen dazu, in hochmagnetischen Feldern zu bleiben. Der Magnetorheologische Effekt beginnt ab einer Teilchengröße von über 10 Nanometern.
Ferrofluide sind superparamagnetisch und besitzen eine sehr geringe Hysterese.
Die Teilchen bestehen normalerweise aus Eisen, Magnetit oder Cobalt und sind kleiner als eine magnetische Domäne, typischerweise 5-10 nm (Nanometer) im Durchmesser. Die umgebende Flüssigkeit ist normalerweise Öl oder Wasser, seltener Wachs. Tenside werden zugesetzt um die Suspension stabiler zu machen, indem sich die in Mizellen gebundenen Teilchen aufgrund sterischer Wechselwirkungen gegenseitig abstoßen.
