Ферромагнитные наноматериалы

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Ферромагнитные наноматериалы

В последние годы вместо массивных магнитов, получаемых прессованием или спеканием, часто используют магнитопласты, представляющие собой смесь магнитного порошка и полимерного связующего. Всем, пользующимся общественным транспортом в крупных городах, хорошо знакомы магнитные ленты – гибкие пластиковые ленты, покрытые тонким магнитным слоем магнетита или ферритов. Эти ленты, нанесенные на билет, предварительно намагничивают, превращая их в носителей информации, которую и считывает компостер.

Особый тип магнитных наноматериалов представляет собой ферритин – белок, ответственный за хранение железа в организме. Молекула ферритина имеет форму шара диаметром 12 нм, составленного из 24 полипептидных фрагментов. Внутри шара имеется полость диаметром 8 нм, заполненная наночастицами оксогидроксида железа FeOOH. Одна молекула ферритина удерживает в полости более 4000 атомов железа. Ферритин – универсальное хранилище железа в организме. При необходимиости через поры, имеющиеся внутри белковой оболочки, наночастицы оксогидроксида размером 5 нм выходят наружу. И попадают в кровь. Они расходуются на синтез гемоглобина. Как ферритин «узнает» о необходимости отдать железо в кровь, пока не установлено.

В ряду ферромагнитных наноматериалов большое место занимают ферромагнитные жидкости. Они представляют собой не индивидуальные вещества, а коллоидные растворы, в которых ферромагнитные частицы равномерно распределены в жидкой фазе. В качестве магнитной фазы в них используют наночастицы магнетита Fe3O4 или ферриты. А чтобы они не оседали на дно, к ним прикрепляют молекулы поверхностно-активных веществ. Магнитные жидкости сохраняют устойчивость в течение нескольких лет. Они обладают не только магнитными свойствами, но и высокой текучестью. Магнитные жидкости уже сейчас находят применение в технике. С их помощью можно осуществлять преобразование механической энергии в электрическую.

Если ампулу с магнитной жидкостью поместить внутрь индукционной катушки, соединенной с конденсатором, то при каждом сотрясении ампулы жидкость будет перемешиваться, а ее частицы – располагаться вдоль магнитного поля. Выделяющейся при этом энергии может хватить на работу небольшого радиоприемника, карманных часов. Приготовление магнитных жидкостей основано на получении нано - или микрочастиц магнитного вещества, которое ее образует. Для этого часто прибегают к измельчению или лазерному испарению металла. Используют для получения магнитных жидкостей и химические методы.

Вопросы:

1.  Что представляет собой магнитопласт?

2.  Что такое ферритин? Какую роль он играет в организме?

3.  Какие жидкости называют магнитными? Что они из себя представляют?

4.  Какие существуют способы получения ферромагнитных жидкостей?

5.  Что общего между магнитопластом, ферритином и ферромагнитной жидкостью?

Приложение 4

Рабочий журнал

Учени___________ класса

Ф. И. __________________

__________________

Приложение 5

Так что же это такое — магнитная жидкость?

Магнитные жидкости представляют собой не индивидуальные вещества, а коллоидные* растворы, в которых ферромагнитные частицы равномерно распределены в жидкой фазе (вода, спирт). В качестве магнитной фазы в них используют наночастицы магнетита Fe3O4 (FeO и Fe2O3) или другого материала, содержащего железо. Например, для образования в ходе реакции осадка (FeO и Fe2O3) к солям железа добавляют аммиачную воду (гидроксид аммония NH4OH).

А чтобы осадок не оседал на дно, к нему прикрепляют молекулы поверхностно-активных веществ. Для этого используют неполярные растворители: растительное масло, олеиновую кислоту, входящую в моющие средства, например, Fairy в виде олеата натрия.

___________________________________________________

*Коллоидные растворы – системы, в которых одно вещество в виде очень маленьких частиц равномерно распределено в объеме другого.

Задание № 1

Даны названия веществ: хлорид алюминия, сульфат железа(II), хлорид магния, сульфат железа (III), вода, азот, олеат натрия, аммиачная вода.

Предположите: какие вещества можно взять для получения магнитной жидкости.

Составьте формулы для известных вам веществ.

Задание № 2

Для образования в ходе реакции осадка (FeO и Fe2O3) к солям железа добавляют аммиачную воду (гидроксид аммония NH4OH). Составьте уравнения данных реакций.

FeSO4 + NH4OH = + (NH4)2 SO4

Fe2(SO4)3 + 6NH4OH= (NH4)2 SO4 +

Fe(OH)2= + H2O

Fe(OH)3= + H2O

Лабораторный опыт

Приготовление и свойства магнитной жидкости – коллоидного раствора магнетита Fe3O4 в воде

Смешайте 3 мл свежеприготовленного 5%-го раствора сульфата железа (II) и 4 мл 5%-го раствора сульфат железа (III). К полученной смеси добавьте несколько капель растительного масла, а затем прибавьте аммиачную воду (нашатырный спирт). Полученный коллоидный раствор поставьте на магнит на длительное время, а затем слейте верхний слой, удерживая густую массу магнитом. Полученная масса и представляет собой магнитную жидкость.

Задания

1.  Составьте по описанию схему опыта.

2.  Проделайте опыт.

3.  Свои наблюдения запишите в рабочем журнале.

4.  Исследуйте свойства жидкости. Для этого налейте магнитную жидкость на предметное стеклышко и поднесите магнит снизу. Двигайте магнит. Что при этом происходит с магнитной жидкостью?

5.  Составьте отчет. Опишите свойства магнитной жидкости.

Приложение 6

Тестовое задание

Выберите правильный ответ.

1.  «Нано» означает:

А) 10-6 Б) 10-9 В)10-12

2.  Нанотехнологии позволяют манипулировать

А) веществом

Б) атомами

В) телами

3.  Пока еще не созданы

А) наноматериалы

Б) нанороботы

В) нанокомпьютеры

4.  Нанотехнология – это

А) создание различных материалов

Б) изучение строения вещества

В) атомная сборка молекул с заданными свойствами

5.  К какому типу веществ относится магнитная жидкость

А) диамагнетики

Б) ферромагнетики

В) парамагнетики

Приложение 7