feroflidi prezentacija

Embed Size (px)

Citation preview

  • 7/21/2019 feroflidi prezentacija

    1/21

    NANOTEHNOLOGIJE U

    ELEKTROTEHNICI

    PRIMENA FEROFLUIDA

    U TEHNICIStudenti: Profesor:

    Spasojevi Ivan Dr Ljubomir Vulievi

    Lazarevi Drago

  • 7/21/2019 feroflidi prezentacija

    2/21

    1. UVOD Nano

    prefiks koji na grkom znai PATULJAK, skraenica za nanometar,

    milijarditi deo metra.

    NANOTEHNOLOGIJAtehnologija na nanometarskom nivou.Nanotehnologija obuhvata tehnoloki razvoj nanometrijske skale, obino od0,1 do 100 nm. Nanotehnologija je svaka tehnologija koja koristi pojave istrukture koje mogu da postoje samo u nanometrijskoj skali.

    Richard Feynman (1959) opisao proces pomou kojeg se moe razvijatimogunost manipulisanja pojedinanim atomima i molekulima, koristei jedanskup preciznih alata, za pravljenje i rad sa drugim, proporcionalno manjimskupom, pa dalje na dole sve dok se ne stigne do potrebne skale.

    Norio Taniguchi (1974) nanotehnologija se sastoji od obrade, razdvajanja,

    saimanja i deformisanja materije jednim atomom ili jednim molekulom. Er ic Drexler (1986) razvio mogunost kreiranja veoma malih maina sa

    zupanicima i polugama na nanonivou. Praktian razvoj nanotehnologije i nanonauke poeo je u prvoj polovini

    osamdesetih sa roenjem nauke o klasterima i pronalaskom skenirajueg

    tunelirajueg mikroskopa, kao i istraivanje sinteze i osobinepoluprovodnikih nanokristala.

  • 7/21/2019 feroflidi prezentacija

    3/21

    2. NANOMATERIJALI Najvei napredak je uinjen u domenu nanomaterijala. Poznate materije, na nanometarskom nivou, poprimaju drugaija svojstva.

    Zahvaljujui toj promeni svojstva nekih materija, mogue je konstruisatiitav niz novih materijala.

    Dva razloga zbog kojih materijali mogu imati drugaije osobine:

    1.nanomaterijali imaju relativno veu povrinu kada se uporede sa istommasom materijala proizvedenog u veoj formi. Ovo moe rezultovativeom hemijskom reaktivnou, vrstoom ili elektrinim osobinama.2.kvantni efekti, usled same veliine materije, na nanometarskom nivoumogu poeti da dominiraju ponaanje materijala menjajui optika,

    elektrina i magnetna svojstva. Nanomaterijale delimo najednodimenzionalne(npr. Tanke prevlake,filmovi), dvodimenzionalne(nanoice i nanocevi) i trodimenzionalne(nanoestice)

  • 7/21/2019 feroflidi prezentacija

    4/21

    3. NANOFLUIDI Nanofluidi su vrsto-teni kompoziti, sastavljeni od nanoestica

    dispergovanih u tenosti, tj. u fluidu.

    Priroda nanofluida je INTERDISCIPLINARNA.

    SINTEZA NANOFLUIDA

    - omoguava dobijanje stabilne suspenzije nanoestica u fluidu.- mogu se napraviti brojne kombinacije materijala i fluida (npr.nanoestice

    oksida,nitrita,metala,metalkarbida,nemetala sa ili bez surfakanta mogu biti

    dispergovane u fluide kao to su voda,ulje i brojne druge)

    Dve opte metode dobijanja nanofluida:

    - Dvofazni metod (indirektan)

    - Jednofazni metod (direktan)

  • 7/21/2019 feroflidi prezentacija

    5/21

    3. NANOFLUIDI

    DVOFAZNI METOD

    - Podrazumeva prethodno dobijanje nanoestica koje se zatim disperguju ueljeni nosei fluid. Ova tehnika je pogodnija za proizvodnju veih koliinananofluida,a nedostatak je stabilnost tako dobijenih fluida odnosno

    aglomeracija nanoestica usled privlanihVan der Waals-

    ovih sila.- Problem stabilnosti se reava tretiranjem povrine nanoestca,a to se postie

    na dva naina:

    1. Oblaganjem nanoestica tankim slojem odgovarajueg jedinjenja u ciljusmanjenja povrinskog napona estice

    2. Istorodnim naelektrisanjem nanoesticaOPTE METODE DOBIJANJA NANOESTICA

    - Osobine se odreuju na osnovu naina dobijanja i veliine nanoestice

    - U proizvodnji se koriste fizike i hemijske metode

    - Postoje tri opte metode za dobijanje nanoestica: mehanohemijske metode,sinteza iz tene faze, sinteza iz gasne faze

  • 7/21/2019 feroflidi prezentacija

    6/21

    3. NANOFLUIDI Mehanohemijske metode

    - Pod ovom metodom se podrazumeva mlevenje jednog ili smee prahova urazliitim tipovima mlinova. Time se postie promena veliine i oblika estica,aglomeracija, promena osobina prakastog uzorka (gustina,ojaavanje), kao ihomogenizacija prakastih sloenih smea.

    - Mlevenje se koristi i za mehaniko legiranje, kao i za hemijske reakcije uvrstom stanju. Tokom mlevenja odigravaju se brojni procesi namakroskopskom, mikroskopskom i atomskom nivou.

    - Najprepoznatljivija osobina mehanohemijskog termina je smanjenje veliinekristalita.

    - Veliine esticadobijenog nanoestinog praha je izmeu 5 i 20 nm.- Tipovi mlinova: vibracioni,atricioni,planetarni i horizontalni kuglini mlinovi.- Prednost mehanohemijske metode: jednostavnost,niska cena opreme i

    mogunost dobijanja mnogih materijala- Nedostatak mehanohemijske metode: pojava aglomeracije praha,iroka

    raspodela veliine dobijenih estica,oteano dobijanje estica veoma maleveliine.

  • 7/21/2019 feroflidi prezentacija

    7/21

    3. NANOFLUIDI Sinteza iz tene faze- U ovu grupu metoda spadaju: hemijska koprecipitacija(metod istovremenog

    taloenja),sol-gel sinteza,hidrotermalnai dr.- Koprecipitaciona metodakoristi rastvore u kojima su joni dispergovani na

    atomskom nivou. Dobijeni rastori se meaju pod kontrolisanom temperaturom i

    pritiskom, a precipitacijom iz ovakvih rastvora dobija se vrst talog razliitih jonau tano definisanim odnosima. Ova metoda ima znaajne prednosti,meutimveoma je teko postii eljenu stehiometriju.

    - Sol-gel sintezasastoji se iz hidrolize i kondenzacije metal-alkoksida. Finalniproizvod ovog tipa sinteze materijala iz tene faze predstavlja gel. Sam proces

    uslovljen je kako inertnim (osobine samog metalnog jona i alkoksidne grupe) takoi eksternim parametrima (molekulski udeo vode u hidrolizi,vrsta rastvaraa,pHvrednosti,temperatura).Promena parametra omoguava formiranje gela unapredodreene strukture i osobine.Stehiometrija odstupa od eljene.

    - Hidrotermalna sinteza - suspenzija ili homogen rastvor se izlau visokojtemperaturi (do ) i pritisku (do 100 MPa),koji utiu na kinetiku faznih

    transformacija i omoguuju dobijanje nehidratisanih oksidnih estica.

    400 C

  • 7/21/2019 feroflidi prezentacija

    8/21

    3. NANOFLUIDI Sinteza iz gasne faze

    - Metode sinteze keramikih prahova iz gasne faze se mogu podeliti na:a) Metode koje ukljuuju isparavanje i kondenzacijuosnova ovih metoda je

    prevoenje polaznog materijala u gasnu fazu isparavanjem i to bez ukljuivanjahemijskih reakcija.Nakon isparavanja sledi kondenzacija,pri kojoj se stvaraju

    estice koje se zatim izdvajaju iz gasne faze primenom ureaja za separaciju.b) Metode kod kojih je sinteza praena hemijskim reakcijama u gasnoj fazi

    keramiki prahovi se sintetiu hemijskim reakcijama izmeu polaznog materijalai odgovarajuih komponenata u gasnoj fazi.

  • 7/21/2019 feroflidi prezentacija

    9/21

    3. NANOFLUIDI JEDNOFAZNI METOD

    - Odnosi se na istovremeno dobijanje nanoestica i suspenzije istih u eljenomfluidu. Time se moe izbei oksidacija nanoestica u sluaju da se eli dobitinanofluid sa esticama istog metala.

    - U osnovi postoje fizike i hemijske jednofazne metode.- Fizika metodadolazi do kondezacije nanoestica u atmosferi pare,pod niskim

    pritiskom,nosee tenosti. Isparavanje materijala u vrstom stanju postie sezagrevanjem istog elektrinom strujom velike jaine. Kod ovog postupkakondezovanje se vri direktno u noseu tenost unutar reaktorske posude i uuslovima vakuuma.

    - Hemijski metod -podrazumeva redukciju jedinjenja odreenog elementa, u ciljudobijanja nanoestica istog elementa uz dodavanje zatitnog polimera radispreavanja aglomeracije estica.

    - Pomou ovih metoda je omoguena dobra kontrola veliine i raspodele estica, a iograniene su na proizvodnju nanofluida u malim koliinama i sa niskomkoncentracijom nanoestica.

    - Uz poboljanja, hemijski metod ima potencijal da postigne ekonomsku isplativost.

  • 7/21/2019 feroflidi prezentacija

    10/21

    4. FEROFLUIDI

    Ferofluid je tenost koja postaje snano namagneti-

    Sana u prisustvu magnetnog polja. To su koloidne

    tenosti napravljene od feromagnetika reda veliine

    nano, ili ferimagnetika.Svaka mala estica je povrinski

    zatiena da sprei grupisanje, a svaka velika esticamoe biti izloena van koloidne homogene meavine,

    formirajui poseban grumen magnetnog praha kada je izloen jakom magnet. polju.

    Razlika izmeu ferofluida i magnetoheologne tenosti (MH tenosti) je u veliiniestice. estica u ferofluidu se sastoji od nanoestica koje su sadrane od straneBraunovog kretanja estice, a estica MH tenosti se sastoji od mikro estica kojesu preteke za Braunovo kretanje.

  • 7/21/2019 feroflidi prezentacija

    11/21

    4. FEROFLUIDI

    OPIS

    - Ferofluidi se sastoje od nano estica (prenika oko 10 nm),od magnetita,hematitaili nekog drugog jedinjenja koje sadri gvoe. To je dovoljno mala veliina za

    termiku pobunjenost da ih raspre ravnomerno unutar nosaa tenosti i dadoprinese optem magnetnom odzivu tenosti.

    - Sastav tipinog ferofluida je oko 5% magnetnih estica, 10% povrinski aktivnih i85% noseih,po zapremini.

    - Ferofluidi su koloidne suspenzijematerijali sa osobinama vie od jednog stanja

    materije (u ovom sluaju su dva oblika; vrsto metalni i teni). Ova mogunostpromene faze sa primenom magnetnog polja, im omoguava da se koriste kaopeati, maziva i mogu ostvariti dalju primenu u budunostonanoelektromehanikih sistema.

  • 7/21/2019 feroflidi prezentacija

    12/21

    4. FEROFLUIDI

    OPIS

    - Pravi ferofluidi su stabilni. Ovo znai da se

    vrste estice ne nagomilavaju niti odvajaju ak

    ni u izuzetno jakim magnetnim poljima.

    - Termika magnetoheologna tenost (MHT)se odnosi na tenost slinu ferofluidima koji se

    uvrste u prisustvu magnetnog polja.

    - Ferofluidi gube magnetna svojstva pri dovoljno visokim temperaturama, poznate

    kao Kirijeva temperatura.

    - Ferofluidi menjaju sopstveni otpor prema sledeoj jednaini:

    2B

    Ve p

  • 7/21/2019 feroflidi prezentacija

    13/21

    4. FEROFLUIDI

    PRIRODNA NESTABILNOST POLJA

    - Pri jakom vertikalnom magnetnom polju, povrinski oblici paramagnetne tenostiobrazuju vrhove i doline. Nestabilnost je voena magnetnim poljem.

    - Sa gledita magnetne energije, vrhovi i doline su energetski povoljni. U talasnojkonfiguraciji, magnetno polje je koncentrisano na vrhovima,poto se tenost lakemagnetizuje nego vazduh, to smanjuje magnetnu energiju.

    - Formiranje vrhova i dolina je otpor od strane gravitacije i povrinskog napona.Formiranje valovitosti poveava povrinu slobodne energije i gravitacione

    energije tenosti,ali smanjuje se magnetna energija. Valovitost e se samoformirati iznad kritine jaine magnetnog polja, kada smanjenje magnetneenergije nadmauje poveanje povrine i gravitaciona energija bude uslovljena.

    - Ferofluidi imaju visoku magnetnu susceptibilnost i kritino magnetno polje

  • 7/21/2019 feroflidi prezentacija

    14/21

    4. FEROFLUIDI

    OPTI POVRINSKI FEROFLUID

    Povrine koriste obuhvatni sloj nano estica,

    ali nisu ograniene na:

    Oleinsku kiselinu

    Tetrametilamonijum hidroksid

    Limunsku kiselinu

    Sojin lecitin

    - Povrinski aktivni materijali spreavaju da se nanoestice zajedno grupiu,obezbeujui da se ne formiraju stanja kojim se postaje teko odrati estice ususpenziji Braunovog kretanja. U idealnom ferofluidu magnetne estice se neoslobaaju van, ak i kad su izloene jakim gravitacionim i magnetnim poljem.

    - Povrinski aktivna estica ima polarnu glavu i ne polarni rep (ili obrnuto), odkojih jedna apsorbuje do nanoestice,dok ne polarni rep (ili polarna glava) upadau nosei medij,formirajui inverznu ili pravilnu mikroeliju.

    - Sterikov efekat odbojnosti tada spreava nagomilavanje estica.

  • 7/21/2019 feroflidi prezentacija

    15/21

    5. PRIMENE

    Mogunost primene ferofluida je veoma iroka.

    Osobine koje poseduju mogu biti korisne u mnogim oblastima kao to su:tehnologija, medicina, biologija, mainstvo i nauka o materijalima,elektrotehnika..

    PRIMENE U TEHNICI

    Dinamiko zaptivanje- iroka upotreba zaptivaa u kompijuterskoj periferijskoj opremi, opremi za

    proizvodnju poluprovodnika, optikih vlakana, monokristala itd.

    Procesni zaptivai

    Ferofluidni procesni zaptivai su viestepeni zaptivai vratila.

    Uloga im je da obezbede prenos obrtnog momenta

    u radni prostor,posudu ili reaktor,a da pri tom

    hermetiki izoluju prostor sa visokim od onog

    sa niskim pritiskom.

  • 7/21/2019 feroflidi prezentacija

    16/21

    5. PRIMENE

    Procesni zaptivai

    - Magnet obezbeuje magnetno polje izmeu vratila i polova,u kojem je ferofluidzarobljen,spreavajui na taj nain prodor jedne sredine u drugu.Vratilo spaja dvesredine pod razliitim pritiscima koje treba izolovati i oslonjeno je na dva leaja.Na vratilu ili polovima nalazi se vei broj periodino rasporeenih uzdignua, tzvzuba. Ova uzdignua obezbeuju koncentraciju magnetnog fluksa na tim mestima,formirajui viestepenu radijalnu zaptivku.

  • 7/21/2019 feroflidi prezentacija

    17/21

    5. PRIMENE Disipacija toplote

    - Jedan od naina na koji se toplota odvodi od radne maine koja se zagreva prisvom radu,jeste korienje dobrog toplotnog provodnika koji povezuje opremu sanekom masom veeg toplotnog kapaciteta i vee otvorene povrine u ciljudisipacije te toplote. Dobar primer primene ferofluida su zvunici,iji se namotaji

    u toku rada zagrevaju. Ferofluid se nalazi na potrebnom mestu zahvaljujuistalnom magnetu zvunika,dok bi neka druga,nemagnetna tenost odatle iscurela.Prisustvo ferofluida oko namotaja poboljava ne samo hlaenje,ve i kvalitetzvuka.

    - Ferofluidi se koriste samo kod zvunika sapokretnim kalemom.U zazor izmeu kalema imagneta ubacuje se ferofluid koji tu biva za-

    dran jakim magnetnim poljem (0,61,8T).Karakteristika ferofluida podeava se u zavi-snosti od specifinih uslova kao to su dizajn,opseg,snaga zvunika itd.

  • 7/21/2019 feroflidi prezentacija

    18/21

    5. PRIMENE

    Inercijalno amortizovanje

    Oiglednija upotreba ferofluida kod inercijalnih i viskoznih dampera kod motora,posebno step motora.Inercijalni damperi koriste jedinstvenu osobinu ferofluida, a

    to je levitacija stalnog magneta u ferofluidu.Zbog toga to gradijent magnetnogpolja gura ferofluid u oblast ispod potopljenog magnetnog pola,stvara se magnetni

    pritisak koji podie magnet.Ravnotea nastaje kada se izjednae teina magneta,sajedne,i magnetni i hidrostatiki pritisak,sa druge strane.ak i nemagnetno telomoe na ovaj nain levitirati,ukoliko se na ferofluid primeni gradijent magnetnogpolja,na taj nain izazivajui magnetni pritisak u fluidu.

    Prednost ferofluidnog inercijalnog

    dampera je dugotrajnost i mogu-

    nost finog podeavanja koeficije-

    nta amortizacije,a nedostatak je

    postojanje gornje granice to se

    tie dimenzija dampera.

  • 7/21/2019 feroflidi prezentacija

    19/21

    5. PRIMENE

    ELEKTRONSKI UREAJI

    - Ferofluidi se koriste za formiranje tenih zaptivaa oko okretnih osovina kod harddiskova.

    - Rotirajue vratilo je okrueno magnetima.

    - Mala koliina ferofluida,smetena u kanalizmeu magneta i vratila,bie odrana u

    svom poloaju zbog privlanosti magneta.

    Barijera oblika magnetnih estica tenosti

    spreava odpadak od ulaska u unutranjost

    hard diska.

    MAINSTVO

    - Ferofluidi imaju sposobnost smanjenja trenja,to omoguava primenu kodmagneta za klizanje preko glatkih povrina sa minimalnim otporom.

  • 7/21/2019 feroflidi prezentacija

    20/21

    5. PRIMENE

    VAZDUHOPLOVSTVO

    - NASA je eksperimentisala korienje ferofluida za zatvorene petlje kao osnovu zakontrolu sistema letilice. U tu svrhu,ferofluid pod uticajem magnetnog polja

    menja ugaoni moment i utie na rotaciju letilice.

    ANALITIKI INSTRUMENTI- Ferofluidi imaju brojne optike primene zbog osobine prelamanja,to jest,svako

    zrno mikromagneta,reflektuje svetlost.Ove primene ukljuuju merenje specifineviskoznosti tenosti smetene izmeu polarizatora i analizatora,osvetljenjepomou helium-neonskim laserom.

    PRIMENE U BIOMEDICINI- Najpoznatija ostvarena primena ferofluida u ovoj oblasti jeste poboljanje

    kontrasta kod magnetne rezonance.Drugi metod primene ferofluida u biomedicini

    podrazumeva razdvajanje biolokih materija i predstavlja sastavni deo praksebrojnih laboratorija u svetu.U fazi ispitivanja na ljudima je upotreba ferofluida za

    ciljano dostavljanje lekova i hipertermija.

  • 7/21/2019 feroflidi prezentacija

    21/21

    5. PRIMENE

    Poboljanje kontrasta kod magnetne rezonance

    - Kada se biokompatibilni ferofluid unese u organizam,magnetne

    estice bivaju apsorbovane od strane odreenog tkiva.