화학공학실험 | 나노 자성유체의 제조

 

 

 

TIP

 

 

자성유체의 합성을 통해 자성유체의 특성에 대해 알아본다.

 

 

 

자성유체

자성 유체 (Ferrofluid)는 자기장이 존재할 때 강하게 자 화되는 액체이다. Ferrofluid의 역사로는, 1963년에 나사 의 스티브 파펠에 의해 고안된 액체 로켓 연료로서 자기장을 적용하여 무중력 환경의 펌프 입구로 연료를 끌어당길 수 있게 만들어졌다. Ferrofluid는 반자성의 강자로 이루어진 콜로이드 액체이며, 대개 유기 용매 또는 물로 만들어진다.

 

각각의 작은 입자(나노 입자)는 계면 활성제로 완전히 코팅되어 있으며 입자들이 강력한 자기장에 노출될 때 콜로이드 혼합물에서 분리될 수도 있다. 나노 입자의 자기력은 계면 활성제의 반 데르 발스 힘(분산력)이 자성을 방해하기에는 약하다. 일반적으로 철은 외부적으로 인가된 자기장이 없는 상태에서 자화되지 않는다. 따라서 일반적으로 페로플루이드는 "superparamagnets" 으로 분류 된다.

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실험 방법

1. 공침법

공침법은 제1철염과 제2철염의 혼합수용액에 알칼리용액을 첨가하여 마그네타이트 입자를 얻는 방법으로 습식 분쇄법보다 단시간에 다량 으로 만들 수 있으며 제조 가격도 저렴한 것이 특징이다. 단점은 마그네타이트 입자는 산화되기 쉽고 화학적 안정성이 조금 떨어지는 것 이다.

1) 수용액 제조

 

2) 100㎖ 비커에 1M의  FeCl₃ 수용액 4㎖와 2M FeCl₃ 수용액 1㎖를 넣고, magnetic stirring bar를 넣고 저어준다.

 

3) 1M NH₃ 수용액 50㎖를 뷰렛을 사용하여 5분에 걸쳐 서서히 첨가하면서 저어 준다. (초기 갈색 침전 후 검은색 침전이 형성된다.)

 

4) 수용액을 첨가한 후, 교반기를 끄고 자석을 이용하여 magnetic stirring bar를 꺼낸다.

 

5) 마그네타이트가 침전되기를 기다린 후, 고체가 되지 않은 투명한 액체를 버린다. (용기 아래에 자석을 놓고 있으면 침전 속도가 빨라진다.)

 

6) 비커에 물 등을 이용하여 계량 용기에 옮긴 후, 강한 자석을 이용하여 자성 유체를 제외한 물을 버린다. (이 과정을 암모니아의 냄새가 나지 않을 정도로 반복한다.)

 

7) 25%의 tetramethylammonium hydroxide 수용액을 1㎖ 넣은 후 유리막대로 1분 가량 저어준다. 그 후 강한 자석을 이용해 자성을 띄지 않는 액체를 버 린다. 이후 자석을 이용해 관찰해 본다.

 

 

 

[화학공학실험]나노 자성유체의 제조 레포트