разработка эффективного метода получения ферромагнитной

[Введите текст]
РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНОГО МЕТОДА ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРРОМАГНИТНОЙ ФАЗЫ
Моисеенко Юлия
Муниципальное общеобразовательное учреждение Лицей при Томском Политехническом Университете, 11 класс
Томская область, г. Томск,
Руководитель: Нехорошев В.О., студент ТПУ
Динамичное развитие наукоёмких технологий часто приводит к необходимости применения и разработки новых типов материалов, по своим
свойствам принципиально отличающихся от ранее известных. Большой интерес представляет получение многофункциональных магнитоуправляемых
систем, созданных на основе высокодисперсных ферромагнетиков, сочетающих в себе свойства ферритов и частиц коллоидных растворов.
У наноразмерных магнитных материалов так же выявлен ряд уникальных свойств, например, они обладают аномально большим магнитокалорическим эффектом [1]. Сочетание необычных физических свойств со всеми присущими коллоидным частицам (высокая поверхностная энергия, обширная
удельная поверхность, в следствии большая адсорбционная способность) делает высокодисперсный магнетит объектом, не имеющим аналогов.
Коллоидные частицы, обладающие собственным магнитным моментом,
могут быть использованы как в качестве сорбентов для очистки сточных
вод[8], сбора нефти с поверхности водоемов, так и в качестве преобразователей магнитного сигнала для создания высокочувствительных датчиков[4].
Так же ожидается, что использование наноразмерных ферритов существенно расширит возможности для проектирования новых электронных
устройств, в частности позволит решить проблему энергонезависимой сверхплотной магнитной памяти (MRAM - Magnetic Random Access Memory), не
подверженной «износу» при операциях чтения и записи [4].
Выше перечисленные области не исчерпывают всех возможных аспектов применения высокодисперсных ферромагнетиков. В частности, в последнее время повышенное внимание уделяется магнитным жидкостям, приготовленным на их основе.
[Введите текст]
Магнитная жидкость, с точки зрения коллоидной химии представляет
собой устойчивую высокодисперсную гетерогенную систему лиофобного
типа с высокой степенью лиофилизации стабилизизированных частиц
магнитного материала в дисперсионной среде [2]. Обладая свойствами
жидкого ферромагнетика она позволяет по-новому решить многие научнотехнические и медико-биологические задачи.
Вариантов применения магнитных жидкостей уже сегодня можно
назвать столько, что исследования в этом направлении представляются более
чем перспективными. Среди них методы разделения на фракции по плотности минеральных руд , создание магнитных смазок для предотвращения износа механизмов, способы направленной транспортировки лекарственных
препаратов к местам подвергнутым раковым опухолям [3], и многие, многие
другие.
Вместе с тем, в вопросах, связанных с магнитными жидкостями остается широкий спектр нерешенных теоретических и практических задач. Основная проблема заключается в том, что на магнитные свойства высокодисперсных ферритов определяются многими факторами, в том числе и степенью
дефектности частиц, их морфологией, взаимодействием с окружающей средой, контролировать которые удается далеко не всегда, что может привести к
получению феррофазы различных свойств, при, казалось бы, одинаковых
условиях синтеза.
Сегодня внедрение магнитных жидкостей в производство и расширение масштабов их использования крайне затруднено, поскольку вопрос промышленного синтеза ферромагнитных коллоидов, который стоит перед исследователями уже более 40 лет (первые магнитные жидкости были получены С. Пейпелом еще в 1965 году), все еще остается открытым.
В рамках работы предлагается получать феррофазу для магнитных
жидкостей методом химической конденсации (метод Элмора), который представляется наиболее эффекивным, доступным и наименее трудоёмким. Так
же одним из самых важных критериев, склоняющих выбор в пользу химического синтеза высокодисперсных ферритов - относительно малая стоимость
сырья и небольшие энергозатраты.
Суть метода химической конденсации высокодисперсного магнетита,
предложенного в 1938 году В.С.Элмором лежит в быстрой нейтрализации
при постоянном перемешивании смеси растворов солей двух- и трех- валентного железа в соотношении Fe 3 + / Fe 2 + = 2 / 1 с для того чтобы получить
[Введите текст]
магнетит следующего состава: 31 % Fe O – вюстит и 69 %  - Fe 2 O 3 – магемит.
В основе метода Элмора лежит следующая реакция:
2 Fe Cl 3 + Fe Cl 2 + 8 Na OH  Fe 3 O 4  + 8 Na Cl + 4 H 2 O
Эксперимент представляет собой ряд опытов при вариации температуры реакционной среды, скорости смешивания и концентраций реагентов.
В отдельной серии опытов уделено внимание выбору оптимального источника гидроксид-ионов.
Целью работы является оптимизация методики получения высокодисперсного магнетита, а именно повышение степени дисперсности, количественного выхода реакции, а так же улучшения магнитных свойств получаемой феррофазы.
В рамках теоретической части данной работы разработана программа
для расчета соотношений реагентов, необходимых для синтеза, что позволяет
упростить предварительные (подготовительные) этапы синтеза, и, тем самым повысить эффективность лабораторных исследований.
С использованием полученных экспериментальных данных оценено
влияние воздействия различных факторов (температуры, скорости смешивания, концентраций и агрегатных состояний реагентов) на ход синтеза для оптимизации технологии, что позволяет сформировать основные требования,
необходимые при проектировании и создании лабораторной установки для
эффективного синтеза феррофазы.
[Введите текст]
Список используемой литературы:
1. Арефьев И.М./ Магнитокалорический эффект и теплоемкость высокодисперсных магнетиков, 2009
2. Байбуртский Ф.С./Магнитные жидкости. Способы получения и области
применения
3. Галанов А.И., Т.А. Юрмазова, Г.Г. Савельев, М.А. Булдаков, Ю.В. Рудык, Н.В. Литвяков, К.А. Нечаев, С.А. Тузиков, Н.В. Чердынцева, Н.А.
Яворовский/ Разработка магнитоуправляемой системы для доставки
химиопрепаратов на основе наноразмерных частиц железа
4. Губин С.П., Кокшаров Ю.А, Хомутов Г.Б.,Юрков Г.Ю. / Магнитные
наночастицы: методы получения, строения и свойства, 2005
5. Баштовой В.Г., Берконский Б.М., Вислович А.Н. /Введение в термомеханику магнитных жидкостей.
6. Воюцкий С.С. / Курс коллоидной химии. Изд. 2-е, «Химия», 1975
7. Дорфман Я. Г. / Магнитные свойства и строение вещества
8. Павленко В.И.; Ястребинский Р.Н.; Шевцов И.П.; Мяснянкин В.М.; Замулин В.А.; Фаустов И.М./ Способ очистки сточных вод
9. Полинг Л. / Общая химия / перевод с англ. В.М. Сахарова, под редакцией проф. М.Х. Карапетьянца, изд. «Мир», Москва 1974
10.Шлиомис М. И., Шаловников И. Г. /Физические свойства и гидродинамика дисперсных ферромагнетиков. Сборник статей