อ่าน 9 นาที
เฟอร์โรฟลูอิด
เฟอร์โรฟลูอิด เป็นของเหลวสีเข้มที่ถูกดึงดูดเข้าหาขั้วของ แม่เหล็ก เป็น ของเหลว คอลลอยด์ ที่ประกอบด้วยอนุภาค เฟอร์โรแมก เนติก หรือ เฟอร์ริแมกเนติก ขนาดนาโน ที่แขวนลอยอยู่ภายใน...
เฟอร์โรฟลูอิด

| แม่เหล็กไฟฟ้า |
|---|
| ส่วนหนึ่งของชุดบทความเกี่ยวกับ |
| กลศาสตร์ต่อเนื่อง |
|---|
เฟอร์โรฟลูอิดเป็นของเหลวสีเข้มที่ถูกดึงดูดเข้าหาขั้วของแม่เหล็กเป็น ของเหลว คอลลอยด์ที่ประกอบด้วยอนุภาค เฟอร์โรแมก เนติก หรือเฟอร์ริแมกเนติกขนาดนาโน ที่แขวนลอยอยู่ภายใน ของเหลวตัวพา (โดยปกติ จะเป็นตัวทำละลาย อินทรีย์หรือน้ำ) [ 1 ]อนุภาคแม่เหล็กแต่ละอนุภาคถูกเคลือบด้วยสารลดแรงตึงผิว อย่างทั่วถึง เพื่อยับยั้งการจับตัวเป็นก้อน อนุภาคเฟอร์โรแมกเนติกขนาดใหญ่สามารถถูกแยกออกจากส่วนผสมคอลลอยด์ที่เป็นเนื้อเดียวกัน ก่อตัวเป็นกลุ่มฝุ่นแม่เหล็กแยกต่างหากเมื่อสัมผัสกับสนามแม่เหล็กแรงสูง แรงดึงดูดแม่เหล็กของอนุภาคนาโน ขนาดเล็กนั้น อ่อนมากพอที่แรงแวนเดอร์วาลส์ของสารลดแรง ตึงผิว จะเพียงพอที่จะป้องกันการจับตัวเป็นก้อนหรือการรวมกลุ่มของแม่เหล็ก เฟอร์โรฟลูอิดมักจะไม่คงสภาพแม่เหล็ก ไว้ ในกรณีที่ไม่มีสนามภายนอกมากระทำ ดังนั้นจึงมักถูกจัดประเภทเป็น " ซูเปอร์พาราแมกเนต " มากกว่าเฟอร์โรแมกเนต[ 2 ]
ตรงกันข้ามกับเฟอร์โรฟลูอิดแมกเนโตริโอโลจิคัลฟลูอิด (MR fluid) คือของเหลวแม่เหล็กที่มีอนุภาคขนาดใหญ่กว่า กล่าวคือ เฟอร์โรฟลูอิดประกอบด้วยอนุภาคนาโนเป็นหลัก ในขณะที่ MR fluid ประกอบด้วยอนุภาคขนาดไมโครเมตรเป็นหลัก อนุภาคในเฟอร์โรฟลูอิดแขวนลอยอยู่ด้วยการเคลื่อนที่แบบบราวน์และโดยทั่วไปจะไม่ตกตะกอนภายใต้สภาวะปกติ ในขณะที่อนุภาคใน MR fluid มีน้ำหนักมากเกินไปที่จะแขวนลอยอยู่ด้วยการเคลื่อนที่แบบบราวน์ ดังนั้นอนุภาคใน MR fluid จะตกตะกอนเมื่อเวลาผ่านไปเนื่องจากความแตกต่างของความหนาแน่นโดยธรรมชาติระหว่างอนุภาคและของเหลวที่เป็นตัวกลาง ส่งผลให้เฟอร์โรฟลูอิดและ MR fluid มีการใช้งานที่แตกต่างกันมาก
กระบวนการผลิตเฟอร์โรฟลูอิดถูกคิดค้นขึ้นในปี 1963 โดย Steve Papell จาก NASA เพื่อสร้างเชื้อเพลิงจรวด เหลว ที่สามารถถูกดึงดูดไปยังปั๊มเชื้อเพลิงในสภาพแวดล้อมไร้น้ำหนักโดยการใช้สนามแม่เหล็ก[ 3 ]ชื่อเฟอร์โรฟลูอิดได้รับการแนะนำ กระบวนการได้รับการปรับปรุง มีการสังเคราะห์ของเหลวที่มีคุณสมบัติแม่เหล็กสูงขึ้น มีการค้นพบของเหลวตัวพาเพิ่มเติม และมีการอธิบายเคมีเชิงฟิสิกส์โดย R. E. Rosensweig และเพื่อนร่วมงาน นอกจากนี้ Rosensweig ยังได้พัฒนาสาขาใหม่ของกลศาสตร์ของไหลที่เรียกว่าเฟอร์โรไฮโดรไดนามิกส์ ซึ่งจุดประกายการวิจัยเชิงทฤษฎีเพิ่มเติมเกี่ยวกับปรากฏการณ์ทางกายภาพที่น่าสนใจในเฟอร์โรฟลูอิด[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]ในปี 2019 นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแมสซาชูเซตส์และมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเคมีปักกิ่งประสบความสำเร็จในการสร้างเฟอร์โรฟลูอิดที่มีคุณสมบัติแม่เหล็กถาวร ซึ่งยังคงรักษาคุณสมบัติแม่เหล็กไว้ได้เมื่อสนามแม่เหล็กภายนอกถูกถอดออก นักวิจัยยังพบว่าคุณสมบัติแม่เหล็กของหยดนั้นยังคงอยู่แม้ว่ารูปร่างจะเปลี่ยนไปหรือถูกแบ่งออกก็ตาม[ 8 ]
คำอธิบาย

เฟอร์โรฟลูอิดประกอบด้วยอนุภาคขนาดนาโนเมตรเล็กมาก (โดยทั่วไปมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 นาโนเมตรหรือน้อยกว่า) ของแมกนีไทต์เฮมาไทต์หรือสารประกอบอื่น ๆ ที่มีเหล็ก เป็น องค์ประกอบ และของเหลว (โดยทั่วไปคือน้ำมัน ) อนุภาคเหล่านี้มีขนาดเล็กพอที่จะกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอภายในของเหลวตัวพาได้ด้วยการกวนด้วยความร้อน และมีส่วนช่วยในการตอบสนองทางแม่เหล็กโดยรวมของของเหลว ซึ่งคล้ายกับวิธีที่ไอออนใน สารละลายเกลือ พาราแมกเนติก ในน้ำ (เช่น สารละลายคอปเปอร์(II) ซัลเฟตหรือแมงกานีส(II) คลอไรด์ ในน้ำ ) ทำให้สารละลายมีคุณสมบัติเป็นพาราแมกเนติก องค์ประกอบของเฟอร์โรฟลูอิดทั่วไปประกอบด้วยของแข็งแม่เหล็กประมาณ 5% สารลดแรงตึงผิว 10% และตัวพา 85% โดยปริมาตร[ 9 ] วิธีการสังเคราะห์ที่แตกต่างกันที่ใช้ในการเตรียมอนุภาคนาโนแม่เหล็กและกลไกการก่อตัวของอนุภาคนาโน การปรับแต่งด้วยสารเคลือบผิวที่แตกต่างกัน ฯลฯ ได้รับการกล่าวถึงในบทความวิจารณ์ล่าสุด[ 10 ]
อนุภาคในเฟอร์โรฟลูอิดจะกระจายตัวอยู่ในของเหลว โดยมักใช้สารลดแรงตึงผิวดังนั้นเฟอร์โรฟลูอิดจึงเป็น สาร แขวนลอยคอลลอยด์ซึ่งเป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติของสสารมากกว่าหนึ่งสถานะ ในกรณีนี้ สสารสองสถานะคือโลหะแข็งและของเหลวที่มันอยู่ในนั้น[ 11 ]ความสามารถในการเปลี่ยนเฟสด้วยการใช้สนามแม่เหล็กทำให้สามารถนำไปใช้เป็นซีลสารหล่อลื่นและอาจเปิดโอกาสในการใช้งานเพิ่มเติมในระบบนาโนอิเล็กโทรเม คานิกส์ใน อนาคต
เฟอร์โรฟลูอิดแท้มีความเสถียร หมายความว่าอนุภาคของแข็งจะไม่จับตัวเป็นก้อนหรือแยกตัวออกจากกันแม้ในสนามแม่เหล็กที่แรงมาก อย่างไรก็ตาม สารลดแรงตึงผิวมีแนวโน้มที่จะเสื่อมสภาพไปตามเวลา (สองสามปี) และในที่สุดอนุภาคนาโนจะจับตัวเป็นก้อนและแยกตัวออกมา ทำให้ไม่ส่งผลต่อการตอบสนองทางแม่เหล็กของฟลูอิดอีกต่อไป
คำว่าของเหลวแม่เหล็กไหล (Magnetorheological fluid หรือ MRF) หมายถึงของเหลวที่มีลักษณะคล้ายกับของเหลวเฟอร์โร (Ferrofluid หรือ FF) ซึ่งจะแข็งตัวเมื่ออยู่ในสนามแม่เหล็ก ของเหลวแม่เหล็กไหลมี อนุภาคแม่เหล็กขนาด ไมโครเมตรซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าอนุภาคแม่เหล็กในของเหลวเฟอร์โรถึงหนึ่งถึงสามลำดับความ magnitud
อย่างไรก็ตาม ของเหลวเฟอร์โรฟลูอิดจะสูญเสียคุณสมบัติทางแม่เหล็กเมื่ออุณหภูมิสูงมากพอ ซึ่งเรียกว่าอุณหภูมิคูรี
ความไม่เสถียรของสนามปกติ

เมื่อของเหลวพาราแมกเนติกอยู่ภายใต้สนามแม่เหล็ก แนวตั้งที่แรง พื้นผิวจะเกิดเป็นรูปแบบยอดและหุบที่สม่ำเสมอ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าความ ไม่เสถียร ของโรเซนสไวค์หรือความไม่เสถียรของสนามปกติความไม่เสถียรนี้เกิดจากสนามแม่เหล็ก สามารถอธิบายได้โดยพิจารณาว่ารูปร่างใดของของเหลวที่ทำให้พลังงานรวมของระบบน้อยที่สุด[ 12 ]
จากมุมมองของพลังงานแม่เหล็กยอดและหุบนั้นมีพลังงานที่เอื้ออำนวย ในการจัดเรียงแบบลูกคลื่น สนามแม่เหล็กจะกระจุกตัวอยู่ที่ยอด เนื่องจากของเหลวสามารถถูกทำให้เป็นแม่เหล็กได้ง่ายกว่าอากาศ จึงทำให้พลังงานแม่เหล็กลดลง ผลที่ตามมาคือ แท่งของของเหลวจะเคลื่อนที่ไปตามเส้นสนามออกไปในอวกาศจนกว่าจะเกิดสมดุลของแรงที่เกี่ยวข้อง[ 13 ]
ในขณะเดียวกัน การก่อตัวของยอดและหุบเขาถูกต้านทานโดยแรงโน้มถ่วงและแรงตึงผิวต้องใช้พลังงานทั้งในการเคลื่อนของเหลวออกจากหุบเขาและขึ้นไปบนยอดแหลม และในการเพิ่มพื้นที่ผิวของของเหลว โดยสรุป การก่อตัวของร่องคลื่นจะเพิ่มพลังงานอิสระของพื้นผิวและพลังงานโน้มถ่วง ของของเหลว แต่ลดพลังงานแม่เหล็ก ร่องคลื่นจะก่อตัวขึ้นเหนือ ความแรงของสนามแม่เหล็กวิกฤตเท่านั้นเมื่อการลดลงของพลังงานแม่เหล็กมีมากกว่าการเพิ่มขึ้นของพลังงานพื้นผิวและพลังงานโน้มถ่วง[ 14 ]

ของเหลวเฟอร์โรฟลูอิดมี ความไวต่อสนามแม่เหล็กสูงเป็นพิเศษและสนามแม่เหล็กวิกฤตสำหรับการเริ่มต้นของการเกิดลอนคลื่นนั้นสามารถสร้างขึ้นได้โดยใช้แม่เหล็กแท่งขนาดเล็ก

สารลดแรงตึงผิวเฟอร์โรฟลูอิดทั่วไป
สารลดแรงตึงผิวประเภทสบู่ที่ใช้เคลือบอนุภาคนาโน ได้แก่ แต่ไม่จำกัดเพียง:
สารลดแรงตึงผิวเหล่านี้ช่วยป้องกันไม่ให้อนุภาคนาโนจับตัวกันเป็นก้อน ดังนั้นอนุภาคจึงไม่ตกตะกอนหรือรวมตัวกันเป็นกองฝุ่นแม่เหล็กใกล้กับแม่เหล็ก อนุภาคแม่เหล็กในของเหลวเฟอร์โรฟลูอิดในอุดมคติจะไม่ตกตะกอนเลย แม้ว่าจะสัมผัสกับสนามแม่เหล็กแรงสูงก็ตาม สารลดแรงตึงผิวมี ส่วนหัว ที่เป็นขั้วและส่วนหางที่ไม่เป็นขั้ว (หรือในทางกลับกัน) โดยส่วนหนึ่งจะดูดซับเข้ากับอนุภาคนาโน ในขณะที่ส่วนหางที่ไม่เป็นขั้ว (หรือส่วนหัวที่เป็นขั้ว) จะยื่นออกมาในตัวกลาง ทำให้เกิดไมเซลล์ แบบกลับด้านหรือแบบปกติ ตามลำดับ รอบๆ อนุภาค จากนั้นแรงผลักทางไฟฟ้าสถิตจะป้องกันการรวมตัวของอนุภาค
แม้ว่าสารลดแรงตึงผิวจะมีประโยชน์ในการยืดระยะเวลาการตกตะกอนในเฟอร์โรฟลูอิด แต่ก็ยังขัดขวางคุณสมบัติทางแม่เหล็กของของเหลว (โดยเฉพาะอย่างยิ่งความอิ่มตัวทางแม่เหล็ก ของของเหลว ) การเติมสารลดแรงตึงผิว (หรืออนุภาคแปลกปลอมอื่นๆ) จะลดความหนาแน่นของการบรรจุ ของอนุภาคเฟอร์โรในขณะที่อยู่ในสถานะที่ถูกกระตุ้น ดังนั้นจึงลด ความหนืดของของเหลวในสถานะที่ถูกกระตุ้นส่งผลให้ของเหลวที่ถูกกระตุ้น "อ่อนตัวลง" แม้ว่าความหนืดในสถานะที่ถูกกระตุ้น (ความ "แข็ง" ของของเหลวที่ถูกกระตุ้น) จะมีความสำคัญน้อยกว่าสำหรับการใช้งานเฟอร์โรฟลูอิดบางประเภท แต่ก็เป็นคุณสมบัติหลักของของเหลวสำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ ดังนั้นจึงต้องมีการประนีประนอมเมื่อพิจารณาความหนืดในสถานะที่ถูกกระตุ้นเทียบกับอัตราการตกตะกอนของเฟอร์โรฟลูอิด

แอปพลิเคชัน
ปัจจุบัน
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
เฟอร์โรฟลูอิดใช้ในการสร้างซีล ของเหลว รอบเพลาขับหมุนในฮาร์ดดิสก์เพลาหมุนถูกล้อมรอบด้วยแม่เหล็ก เฟอร์โรฟลูอิดปริมาณเล็กน้อยที่วางไว้ในช่องว่างระหว่างแม่เหล็กกับเพลาจะถูกยึดไว้ด้วยแรงดึงดูดของแม่เหล็ก ของเหลวที่มีอนุภาคแม่เหล็กจะสร้างกำแพงที่ป้องกันไม่ให้เศษสิ่งสกปรกเข้าไปภายในฮาร์ดไดรฟ์ ตามที่วิศวกรของ Ferrotec กล่าว ซีลเฟอร์โรฟลูอิดบนเพลาหมุนโดยทั่วไปจะทนแรงดันได้ 3 ถึง 4 psi [ 15 ]สามารถซ้อนซีลเพิ่มเติมเพื่อสร้างชุดประกอบที่สามารถทนแรงดันที่สูงขึ้นได้
วิศวกรรมเครื่องกล
ของเหลวเฟอร์โรฟลูอิดมี คุณสมบัติในการลด แรงเสียดทานหากนำไปใช้กับพื้นผิวของแม่เหล็กที่แข็งแรงพอ เช่น แม่เหล็กนีโอไดเมียมมันจะช่วยให้แม่เหล็กเลื่อนไปบนพื้นผิวเรียบได้โดยมีความต้านทานน้อยที่สุด
การวิจัยด้านวัสดุศาสตร์
เฟอร์โรฟลูอิดสามารถใช้ในการสร้างภาพโครงสร้างโดเมนแม่เหล็กบนพื้นผิวของวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกโดยใช้เทคนิคที่พัฒนาโดยฟรานซิส บิตเตอร์[ 16 ]
ลำโพง
ตั้งแต่ปี 1973 เฟอร์โรฟลูอิดถูกนำมาใช้ในลำโพงเพื่อระบายความร้อนออกจากวอยซ์คอยล์และเพื่อลดการสั่นสะเทือนของกรวยลำโพง เฟอร์โรฟลูอิดจะอยู่ในช่องว่างอากาศรอบวอยซ์คอยล์ โดยยึดไว้ด้วยแม่เหล็กของลำโพง เนื่องจากเฟอร์โรฟลูอิดเป็นพาราแมกเนติก จึงเป็นไปตามกฎของคูรีและจะมีคุณสมบัติแม่เหล็กน้อยลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น แม่เหล็กแรงสูงที่วางอยู่ใกล้วอยซ์คอยล์ (ซึ่งสร้างความร้อน) จะดึงดูดเฟอร์โรฟลูอิดเย็นมากกว่าเฟอร์โรฟลูอิดร้อน จึงผลักเฟอร์โรฟลูอิดที่ร้อนออกจากวอยซ์คอยล์ไฟฟ้าและไปยังตัวระบายความร้อนนี่เป็นวิธีการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพค่อนข้างดีซึ่งไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานเพิ่มเติม[ 17 ]
Bob Berkowitz จากAcoustic Researchเริ่มศึกษาเฟอร์โรฟลูอิดในปี 1972 โดยใช้มันเพื่อลดการสั่นสะเทือนของทวีตเตอร์ Dana Hathaway จาก Epicure ในแมสซาชูเซตส์ใช้เฟอร์โรฟลูอิดเพื่อลดการสั่นสะเทือนของทวีตเตอร์ในปี 1974 และเขาสังเกตเห็นกลไกการระบายความร้อน Fred Becker และ Lou Melillo จาก Becker Electronics ก็เป็นผู้ริเริ่มใช้ในปี 1976 โดย Melillo เข้าร่วม Ferrofluidics และตีพิมพ์บทความในปี 1980 [ 18 ]ในด้านเสียงคอนเสิร์ตShowcoเริ่มใช้เฟอร์โรฟลูอิดในปี 1979 เพื่อระบายความร้อนให้กับวูฟเฟอร์[ 19 ] Panasonicเป็นผู้ผลิตชาวเอเชียรายแรกที่ใส่เฟอร์โรฟลูอิดในลำโพงเชิงพาณิชย์ในปี 1979 สาขานี้เติบโตอย่างรวดเร็วในช่วงต้นทศวรรษ 1980 ปัจจุบันมีการผลิตทรานสดิวเซอร์ที่สร้างเสียงได้ประมาณ 300 ล้านชิ้นต่อปีโดยมีเฟอร์โรฟลูอิดอยู่ภายใน รวมถึงลำโพงที่ติดตั้งในแล็ปท็อป โทรศัพท์มือถือ หูฟัง และเอียร์บัด[ 20 ]
การแยกเซลล์
เฟอร์โรฟลูอิดที่เชื่อมต่อกับแอนติบอดีหรือสารจับยึดทั่วไป เช่นสเตรปตาไวดีน (SA) หรือแอนติบอดีหนูต่อเมาส์ Ig (RAM) ถูกนำมาใช้ในการแยกด้วยแม่เหล็กภูมิคุ้มกัน ซึ่งเป็นส่วน ย่อยของการคัดแยกเซลล์[ 21 ]เฟอร์โรฟลูอิดที่เชื่อมต่อเหล่านี้ใช้ในการจับกับเซลล์เป้าหมาย จากนั้นจึงแยกออกจากส่วนผสมของเซลล์โดยใช้เครื่องแยกแม่เหล็กที่มีความลาดชันต่ำ เฟอร์โรฟลูอิดเหล่านี้มีการใช้งาน เช่นการบำบัดด้วยเซลล์การ บำบัด ด้วยยีนการผลิตเซลล์และอื่นๆ
โสตทัศนูปกรณ์
ในด้านสุนทรียศาสตร์ เฟอร์โรฟลูอิดสามารถนำมาแสดงเพื่อแสดงภาพเสียงได้โดยจะนำก้อนเฟอร์โรฟลูอิดไปแขวนไว้ในของเหลวใส แม่เหล็กไฟฟ้าจะกระทำต่อรูปร่างของเฟอร์โรฟลูอิดเพื่อตอบสนองต่อระดับเสียงหรือความถี่เสียงของดนตรี ทำให้สามารถตอบสนองต่อเสียงแหลมหรือเสียงทุ้มของเพลงได้อย่างเลือกสรร[ 22 ] [ 23 ]
เฟอร์โรเลนส์
สามารถสร้างอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าและเลนส์ไดนามิกออปติกสำหรับแสดงฟลักซ์สนามแม่เหล็กได้โดยใช้ฟิล์มบางซูเปอร์พาราแมกเนติก ที่ห่อหุ้มและปิดผนึกระหว่างกระจกแบนออปติกสองแผ่น ฟิล์มบางนี้ทำจากเฟอร์โรฟลูอิดที่เจือจางมากจนเกือบโปร่งใสและมีความหนาหลายไมครอน เลนส์เฟอร์โรเลนส์มี อาร์เรย์วงแหวน LEDรอบขอบเพื่อส่องสว่าง เมื่อสนามแม่เหล็กภายนอกฉายลงบนพื้นผิวของฟิล์มบาง จะทำให้เกิดรูปแบบรอยพิมพ์สนามแม่เหล็กฟลักซ์ 2 มิติ คล้ายกับการทดลองผงเหล็ก แบบคลาสสิกของฟาราเดย์ รูปแบบนี้รวมถึงข้อมูลความลึกของสนามของสนามภายนอกที่แสดงโดยอุปกรณ์เฟอร์โรเลนส์ แม้ว่าฟิล์มบางจะมีความหนาจำกัดเพียงไม่กี่ไมครอน (เช่น 10 ถึง 20 μm) [ 24 ]
อดีต
การประยุกต์ใช้ทางการแพทย์
เฟอร์โรฟลูอิดหลายชนิดวางจำหน่ายเพื่อใช้เป็นสารเพิ่มความคมชัดในการถ่ายภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งอาศัยความแตกต่างของเวลาการคลายตัวของแม่เหล็กในเนื้อเยื่อต่างๆ เพื่อสร้างความคมชัด[ 25 ] [ 26 ]มีการนำสารหลายชนิดออกสู่ตลาดแล้วถอนออกไป รวมถึง Feridex IV (หรือที่รู้จักกันในชื่อ Endorem และ ferumoxides) ซึ่งถูกยกเลิกในปี 2008; [ 27 ] resovist (หรือที่รู้จักกันในชื่อ Cliavist) ตั้งแต่ปี 2001 ถึง 2009; [ 28 ] Sinerem (หรือที่รู้จักกันในชื่อ Combidex) ซึ่งถูกถอนออกในปี 2007; [ 29 ] Lumirem (หรือที่รู้จักกันในชื่อ Gastromark) ตั้งแต่ปี 1996 [ 30 ]ถึง 2012; [ 31 ] [ 32 ] Clariscan (หรือที่รู้จักกันในชื่อ PEG-fero, Feruglose และ NC100150) ซึ่งการพัฒนาถูกยุติลงเนื่องจากความกังวลด้านความปลอดภัย[ 33 ]
อนาคต
ระบบขับเคลื่อนยานอวกาศ
เฟอร์โรฟลูอิดสามารถประกอบตัวเองเป็นปลายแหลมคล้ายเข็มขนาดนาโนเมตรได้ภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็ก เมื่อมีความบางถึงระดับวิกฤต ปลายแหลมเหล่านี้จะเริ่มปล่อยไอพ่นออกมา ซึ่งอาจนำมาใช้เป็นกลไกขับเคลื่อนเพื่อผลักดันดาวเทียมขนาดเล็ก เช่นคิวบ์แซทใน อนาคต [ 34 ]
เครื่องมือวิเคราะห์
เฟอร์โรฟลูอิดมี การใช้งาน ทางแสง มากมาย เนื่องจาก คุณสมบัติ การหักเหของแสงกล่าวคือ แต่ละเม็ดซึ่งเป็นไมโครแมกเนตจะสะท้อนแสง การใช้งานเหล่านี้รวมถึงการวัดความหนืดจำเพาะของของเหลวที่วางอยู่ระหว่างโพลาไรเซอร์และตัววิเคราะห์ซึ่งส่องสว่างด้วยเลเซอร์ฮีเลียม-นีออน[ 35 ]
การประยุกต์ใช้ทางการแพทย์
มีการเสนอให้ใช้เฟอร์โรฟลูอิดในการกำหนดเป้าหมายยาด้วยแม่เหล็ก ในกระบวนการนี้ ยาจะถูกยึดติดหรือถูกห่อหุ้มไว้ภายในเฟอร์โรฟลูอิด และสามารถกำหนดเป้าหมายและปลดปล่อยได้อย่างเลือกสรรโดยใช้สนามแม่เหล็ก[ 36 ]
นอกจากนี้ ยังมีการเสนอให้ใช้การรักษาด้วยความร้อนแม่เหล็ก แบบกำหนดเป้าหมาย เพื่อแปลงพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นความร้อน[ 37 ]
นอกจากนี้ ยังมีการเสนอให้ใช้การผ่าตัดระดับนาโนเพื่อแยกเนื้อเยื่อหนึ่งออกจากอีกเนื้อเยื่อหนึ่ง เช่น เนื้องอกออกจากเนื้อเยื่อที่มันเติบโต[ 25 ]
การถ่ายเทความร้อน
สนามแม่เหล็กภายนอกที่กระทำต่อของเหลวเฟอร์โรแมกเนติกที่มีค่าความไวต่อสนามแม่เหล็กแตกต่างกัน (เช่น เนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิ) ส่งผลให้เกิดแรงแม่เหล็กที่ไม่สม่ำเสมอ ซึ่งนำไปสู่รูปแบบการถ่ายเทความร้อนที่เรียกว่า การพาความร้อน ด้วยสนามแม่เหล็ก (thermomagnetic convection ) การถ่ายเทความร้อนรูปแบบนี้มีประโยชน์เมื่อการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนทั่วไปไม่เพียงพอ เช่น ในอุปกรณ์ขนาดเล็กระดับไมโครสเกล หรือในสภาวะที่ มีแรงโน้มถ่วงต่ำ
การนำความร้อนที่ปรับได้ด้วยสนามแม่เหล็ก (เพิ่มการนำความร้อนได้ถึง ~300%) ได้รับการสาธิตในปี 2550 การเพิ่มค่า k อย่างมากเช่นนี้เกิดจากการขนส่งความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพผ่านเส้นทางอนุภาคนาโนที่เชื่อมต่อกัน ของเหลวนาโน แม่เหล็กพิเศษ ที่มีอัตราส่วนการนำความร้อนต่อความหนืดที่ปรับได้สามารถใช้เป็น 'วัสดุอัจฉริยะ' อเนกประสงค์ที่สามารถระบายความร้อนและลดการสั่นสะเทือน (แดมเปอร์) ได้ ของเหลวดังกล่าวอาจนำไปประยุกต์ใช้ในอุปกรณ์ไมโครฟลูอิดิกและระบบไมโครอิเล็กโทรเมคานิกส์ ( MEMS ) [ 38 ] บทความทบทวนเกี่ยวกับการนำความร้อนและการไหลของเฟอร์โรฟลูอิดที่ปรับได้ได้รับการตีพิมพ์เมื่อเร็ว ๆ นี้[ 39 ]
ทัศนศาสตร์
กำลังดำเนินการวิจัยเพื่อสร้างกระจกแม่เหล็กแบบปรับเปลี่ยนรูปร่างด้วยออปติกแบบปรับได้จาก เฟอร์โรฟลูอิดสำหรับ กล้องโทรทรรศน์ดาราศาสตร์บนโลก[ 40 ]
ตัวกรองแสงใช้เพื่อเลือกความยาวคลื่นแสงที่แตกต่างกัน การเปลี่ยนตัวกรองเป็นเรื่องยุ่งยาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อความยาวคลื่นเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องด้วยเลเซอร์แบบปรับได้ ตัวกรองแสงที่ปรับได้สำหรับความยาวคลื่นที่แตกต่างกันโดยการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็กสามารถสร้างได้โดยใช้อิมัลชันเฟอร์โรฟลูอิด[ 41 ]
การเก็บเกี่ยวพลังงาน
เฟอร์โรฟลูอิดช่วยให้สามารถเก็บเกี่ยวพลังงานจากการสั่นสะเทือนจากสิ่งแวดล้อมได้ วิธีการเก็บเกี่ยวการสั่นสะเทือนความถี่ต่ำ (<100 Hz) ที่มีอยู่เดิมนั้นจำเป็นต้องใช้โครงสร้างเรโซแนนซ์ที่เป็นของแข็ง แต่ด้วยเฟอร์โรฟลูอิด การออกแบบเครื่องเก็บเกี่ยวพลังงานไม่จำเป็นต้องใช้โครงสร้างที่เป็นของแข็งอีกต่อไป ตัวอย่างหนึ่งของการเก็บเกี่ยว พลังงานโดยใช้เฟอร์ โรฟลูอิดคือการวางเฟอร์โรฟลูอิดไว้ภายในภาชนะเพื่อใช้การสั่นสะเทือนเชิงกลภายนอกในการสร้างกระแสไฟฟ้าภายในขดลวดที่พันรอบภาชนะซึ่งล้อมรอบด้วยแม่เหล็กถาวร[ 42 ]ขั้นแรกจะวางเฟอร์โรฟลูอิดไว้ภายในภาชนะที่พันด้วยขดลวด จากนั้นเฟอร์โรฟลูอิดจะถูกทำให้เป็นแม่เหล็กจากภายนอกโดยใช้แม่เหล็กถาวร เมื่อการสั่นสะเทือนภายนอกทำให้เฟอร์โรฟลูอิดกระฉอกไปมาในภาชนะ จะมีการเปลี่ยนแปลงของสนามฟลักซ์แม่เหล็กเมื่อเทียบกับขดลวด ผ่านกฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์แรงดันไฟฟ้าจะถูกเหนี่ยวนำในขดลวดเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก[ 42 ]
ดูเพิ่มเติม
- กลศาสตร์ต่อเนื่อง – สาขาหนึ่งของฟิสิกส์ที่ศึกษาพฤติกรรมของวัสดุที่จำลองเป็นตัวกลางต่อเนื่อง
- ของเหลวอิเล็กโทรริโอโลจิคัล – สารแขวนลอยทางเคมีชนิดหนึ่ง
- กลศาสตร์ของไหล – สาขาหนึ่งของฟิสิกส์
- ฟิล์มสำหรับดูสนามแม่เหล็ก – ฟิล์มที่ใช้ในการแสดงภาพสนามแม่เหล็กที่มองไม่เห็นของวัตถุ
- ของเหลวไอออนิกแม่เหล็ก – เกลือในสถานะของเหลว
- พลศาสตร์แม่เหล็กไฟฟ้า – แบบจำลองของของเหลวที่นำไฟฟ้าได้
- ของเหลวแม่เหล็กไฟฟ้า – ของเหลวอัจฉริยะที่มีความหนืดเพิ่มขึ้นเมื่ออยู่ในสนามแม่เหล็ก
- ฟิสิกส์พลาสมา – สถานะของสสาร
- ของเหลวอัจฉริยะ – ของเหลวที่มีคุณสมบัติสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการใช้สนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็ก
- รายชื่อตำราเรียนวิชาแม่เหล็กไฟฟ้า
บรรณานุกรม
- Andelman, David; Rosensweig, Ronald E. (2009). "ปรากฏการณ์วิทยาของเฟสที่ถูกปรับเปลี่ยน: จากของแข็งและของเหลวแม่เหล็กไปจนถึงฟิล์มอินทรีย์และพอลิเมอร์" ใน Tsori, Yoav; Steiner, Ullrich (บรรณาธิการ). พอลิเมอร์ ของเหลว และคอลลอยด์ในสนามไฟฟ้า: ความไม่เสถียรของพื้นผิว การวางแนว และการเปลี่ยนเฟส หน้า 1–56 .รหัสบรรณานุกรม : 2009plce.book.....T . doi : 10.1142/7266 . ISBN 978-981-4271-68-4.
- Berger, Patricia; Adelman, Nicholas B.; Beckman, Katie J.; Campbell, Dean J.; Ellis, Arthur B.; Lisensky, George C. (1999). "การเตรียมและคุณสมบัติของเฟอร์โรฟลูอิดในน้ำ" วารสารการศึกษาเคมี76 (7) . สมาคมเคมีอเมริกัน (ACS): 943. Bibcode : 1999JChEd..76..943B . doi : 10.1021/ed076p943 . ISSN 0021-9584 .
ลิงก์ภายนอก
- Rosensweig, Ronald E. (1982). "ของเหลวแม่เหล็ก". Scientific American . 247 (4): 136– 145. Bibcode : 1982SciAm.247d.136R . doi : 10.1038/scientificamerican1082-136 . ISSN 0036-8733 . JSTOR 24966707 .
- วิดีโอ "วิธีการทำงานของเฟอร์โรฟลูอิด"บน YouTube
- การเปรียบเทียบระหว่างเฟอร์โรฟลูอิดและ MR ฟลูอิด (ด้านล่างของหน้า)
- เคมีมีชีวิตชีวา: เฟอร์โรฟลูอิด (ต้องสมัครสมาชิกจึงจะอ่านได้)
- ผลงานศิลปะของซาจิโกะ โคดามะ: ประติมากรรมเฟอร์โรฟลูอิด(วิดีโอจาก Google) เก็บถาวรเมื่อ 2006-08-05 ที่Wayback Machine , ประติมากรรมเฟอร์โรฟลูอิด
- แดเนียล รัตเตอร์ สนุกสนานกับการทดลองกับเฟอร์โรฟลูอิด
- เอกสารทางการตลาดบนเว็บไซต์ของ INVENTUS Engineering GmbH: วาล์วแรงดันสูง
- ซีลเหลวสำหรับลูกสูบสเตอร์ลิง (วิดีโอ)บน YouTube
- การสังเคราะห์เฟอร์โรฟลูอิดถูกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 3 กุมภาพันธ์ 2550 ที่Wayback Machine
- สื่อการเรียนการสอน: กลุ่มการศึกษาแบบบูรณาการ: เฟอร์โรฟลูอิด (ประกอบด้วยวิดีโอและห้องปฏิบัติการสำหรับการสังเคราะห์เฟอร์โรฟลูอิด)
- "การสังเคราะห์เฟอร์โรฟลูอิดในน้ำ" . voh.chem.ucla.edu . เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 2007-02-27 . เรียกดูเมื่อ2018-07-09 .
- ข่าวการเสียชีวิตของโซโลมอน พาเปลล์ - คลีฟแลนด์ไฮท์ส รัฐโอไฮโอ
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ เฟอร์โรฟลูอิด
เฟอร์โรฟลูอิด เป็นของเหลวสีเข้มที่ถูกดึงดูดเข้าหาขั้วของ แม่เหล็ก เป็น ของเหลว คอลลอยด์ ที่ประกอบด้วยอนุภาค เฟอร์โรแมก เนติก หรือ เฟอร์ริแมกเนติก ขนาดนาโน ที่แขวนลอยอยู่ภายใน...
คำอธิบาย
เฟอร์โรฟลูอิดประกอบด้วยอนุภาคขนาดนาโนเมตรเล็กมาก (โดยทั่วไปมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 นาโนเมตรหรือน้อยกว่า) ของ แมกนีไทต์ เฮ มาไทต์ หรือสารประกอบอื่น ๆ ที่มี เหล็ก เป็น องค์ประกอบ และของเหลว (โดยทั่วไปคือ น้ำมัน )...
ความไม่เสถียรของสนามปกติ
เมื่อของเหลวพาราแมกเนติกอยู่ภายใต้ สนามแม่เหล็ก แนวตั้งที่แรง พื้นผิวจะเกิดเป็นรูปแบบยอดและหุบที่สม่ำเสมอ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าความ ไม่เสถียร ของโรเซนสไวค์ หรือ ความไม่เสถียรของสนามปกติ ความไม่เสถียรนี้เกิดจากสนามแม่เหล็ก...
สารลดแรงตึงผิวเฟอร์โรฟลูอิดทั่วไป
สารลดแรงตึงผิวประเภท สบู่ที่ใช้เคลือบอนุภาคนาโน ได้แก่ แต่ไม่จำกัดเพียง: