In dieser Bachelorarbeit wurde ein herkömmliches Ferrofluid auf Magnetitbasis synthetisiert, charakterisiert und zu neuartigen Hybridferrofluiden weiterverarbeitet. Die Magnetoviskosität bezeichnet den durch ein magnetisches Feld verursachten reversiblen Anstieg der Viskosität in Ferrofluiden (superparamagnetische Nanopartikelsuspensionen). Die magnetoviskosen Eigenschaften wurden mittels eines Piezoelectric membrane axial vibrator (PMAV) untersucht.
Im Rahmen der Bachelorarbeit ist das PMAV-Setup erstmals in Hamburg aufgebaut, kalibriert, sowie dessen Fehlergrenzen bestimmt worden. Insbesondere ermöglicht dieser Aufbau die frequenz- und magnetfeldabhängige Messung der Viskosität besonders kleiner Volumina. Es konnte gezeigt werden, dass das selbst hergestellte sphärische Ferrofluid qualitativ mit kommerziell erhältlichen Ferrofluiden vergleichbar ist. Die Kombination herkömmlicher Ferrofluide mit zusätzlichen Nanoobjekten verspricht den Erhalt von Hybridferrofluiden mit besonders hoher Magnetoviskosität.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung und Aufgabenstellung
- 2 Theoretischer Hintergrund
- 2.1 Magnetismus
- 2.1.1 Ferromagnetismus
- 2.1.2 Superparamagnetismus
- 2.1.3 Magnetische Relaxation
- 2.2 Ferrofluide
- 2.2.1 Synthese
- 2.2.2 Magnetoviskosität
- 2.2.3 Hybride Ferrofluide
- 3 Piezoelectric membrane axial vibrator – PMAV
- 3.1 Einstellung und Test des PMAV
- 4 Herstellung der Proben
- 4.1 Herstellung eines Ferrofluids
- 4.2 Herstellung der Hybriden Ferrofluide
- 4.3 Herstellung einer Probe aus einem kommerziellen Ferrofluid
- 5 Ergebnisse und Diskussion
- 5.1 TEM-Aufnahmen des Ferrofluids
- 5.2 SQUID-Messung des Ferrofluids
- 5.3 Magnetoviskositätsmessungen an den Hybridferrofluiden
- 5.3.1 Alterung des Ferrofluids
- 6 Zusammenfassung und Ausblick
- 7 Anhang
- 7.1 Anhang A- Hinweise zur Benutzung von ImageJ
- 7.2 Anhang B - Partikelgrößenverteilung des kommerziellen Ferrofluids
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Bachelorarbeit untersucht die Magnetoviskosität von Hybrid-Ferrofluiden. Ziel ist die Synthese und Charakterisierung eines Ferrofluids auf Magnetitbasis sowie dessen Weiterverarbeitung zu neuartigen Hybrid-Ferrofluiden. Die magnetoviskosen Eigenschaften werden mittels eines neu in Hamburg aufgebauten Piezoelectric Membrane Axial Vibrators (PMAV) untersucht. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf dem Vergleich der selbst hergestellten Ferrofluide mit kommerziell erhältlichen Produkten.
- Synthese und Charakterisierung eines Ferrofluids
- Herstellung und Untersuchung von Hybrid-Ferrofluiden
- Aufbau und Kalibrierung eines PMAV-Setups
- Messung der frequenz- und magnetfeldabhängigen Viskosität
- Vergleich der magnetoviskosen Eigenschaften von selbst hergestellten und kommerziellen Ferrofluiden
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung und Aufgabenstellung: Dieses Kapitel führt in die Thematik der Ferrofluide und deren magnetoviskosen Eigenschaften ein. Es beschreibt den Hintergrund der Arbeit und benennt das Ziel, die Magnetoviskosität verschiedener Hybrid-Ferrofluide mit Hilfe eines PMAV zu untersuchen. Die Arbeit baut auf vorherigen Forschungsergebnissen von R. Zierold auf, die einen hohen Anstieg der Magnetoviskosität durch die Kombination von Ferrofluiden mit ferromagnetischen Nanostäben zeigten. Das Kapitel skizziert den Forschungsansatz und die Methodik der Arbeit.
2 Theoretischer Hintergrund: Dieses Kapitel liefert die notwendigen theoretischen Grundlagen zum Verständnis der Arbeit. Es behandelt verschiedene Aspekte des Magnetismus, insbesondere Ferromagnetismus und Superparamagnetismus, sowie die magnetische Relaxation. Ein Schwerpunkt liegt auf der Beschreibung von Ferrofluiden, ihrer Synthese und ihrer magnetoviskosen Eigenschaften. Der Abschnitt zu Hybrid-Ferrofluiden beschreibt die Kombination von konventionellen Ferrofluiden mit zusätzlichen Nanoobjekten und deren potenzielles Potential für eine erhöhte Magnetoviskosität.
3 Piezoelectric membrane axial vibrator – PMAV: Dieses Kapitel beschreibt den Aufbau und die Funktionsweise des verwendeten Messgeräts, des Piezoelectric Membrane Axial Vibrators (PMAV). Es beinhaltet detaillierte Informationen zur erstmaligen Einrichtung und Kalibrierung des PMAV-Setups in Hamburg, einschließlich der Bestimmung der Fehlergrenzen. Die besondere Eignung des PMAV für die Messung der Viskosität sehr kleiner Volumina wird hervorgehoben.
4 Herstellung der Proben: Dieses Kapitel beschreibt detailliert die Herstellungsprozesse der verschiedenen verwendeten Proben. Es umfasst die Synthese des Ferrofluids, die Herstellung der Hybrid-Ferrofluide durch Zugabe weiterer Nanoobjekte zum Basis-Ferrofluid und die Vorbereitung einer Referenzprobe aus einem kommerziell erhältlichen Ferrofluid. Die Beschreibung der jeweiligen Herstellungsschritte sorgt für die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse.
5 Ergebnisse und Diskussion: Dieses Kapitel präsentiert die Ergebnisse der durchgeführten Messungen und deren Interpretation. Es enthält eine detaillierte Diskussion der erhaltenen Daten aus TEM-Aufnahmen, SQUID-Messungen und Magnetoviskositätsmessungen. Die Ergebnisse werden im Kontext der theoretischen Grundlagen diskutiert und kritisch bewertet. Die Alterung des Ferrofluids wird ebenfalls als ein relevanter Faktor berücksichtigt.
Schlüsselwörter
Ferrofluide, Hybrid-Ferrofluide, Magnetoviskosität, Magnetit, Nanopartikeln, Superparamagnetismus, Piezoelectric Membrane Axial Vibrator (PMAV), TEM, SQUID, Nanostäbe.
Häufig gestellte Fragen (FAQs) zur Bachelorarbeit: Magnetoviskosität von Hybrid-Ferrofluiden
Was ist das Thema der Bachelorarbeit?
Die Bachelorarbeit untersucht die Magnetoviskosität von Hybrid-Ferrofluiden. Im Fokus steht die Synthese und Charakterisierung eines Ferrofluids auf Magnetitbasis und dessen Weiterverarbeitung zu neuartigen Hybrid-Ferrofluiden. Die magnetoviskosen Eigenschaften werden mit einem Piezoelectric Membrane Axial Vibrator (PMAV) gemessen und mit kommerziell erhältlichen Produkten verglichen.
Welche Ziele werden in der Arbeit verfolgt?
Die Hauptziele sind die Synthese und Charakterisierung eines Ferrofluids, die Herstellung und Untersuchung von Hybrid-Ferrofluiden, der Aufbau und die Kalibrierung eines PMAV-Setups, die Messung der frequenz- und magnetfeldabhängigen Viskosität sowie der Vergleich der magnetoviskosen Eigenschaften selbst hergestellter und kommerzieller Ferrofluide.
Welche theoretischen Grundlagen werden behandelt?
Die Arbeit behandelt verschiedene Aspekte des Magnetismus (Ferromagnetismus, Superparamagnetismus, magnetische Relaxation) und beschreibt detailliert Ferrofluide, ihre Synthese und magnetoviskosen Eigenschaften. Ein Schwerpunkt liegt auf Hybrid-Ferrofluiden und ihrem Potential für eine erhöhte Magnetoviskosität.
Wie funktioniert der verwendete Piezoelectric Membrane Axial Vibrator (PMAV)?
Das Kapitel 3 beschreibt detailliert den Aufbau und die Funktionsweise des PMAV. Es beinhaltet Informationen zur Einrichtung und Kalibrierung des Setups in Hamburg, inklusive der Fehlergrenzen. Die Eignung des PMAV für die Messung der Viskosität sehr kleiner Volumina wird hervorgehoben.
Wie wurden die Proben hergestellt?
Kapitel 4 beschreibt detailliert die Herstellungsprozesse: Synthese des Ferrofluids, Herstellung der Hybrid-Ferrofluiden durch Zugabe weiterer Nanoobjekte und die Vorbereitung einer Referenzprobe aus einem kommerziell erhältlichen Ferrofluid. Die detaillierte Beschreibung soll die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse gewährleisten.
Welche Ergebnisse werden präsentiert und wie werden sie interpretiert?
Kapitel 5 präsentiert die Ergebnisse von TEM-Aufnahmen, SQUID-Messungen und Magnetoviskositätsmessungen. Die Daten werden im Kontext der theoretischen Grundlagen diskutiert und kritisch bewertet. Die Alterung des Ferrofluids wird als relevanter Faktor berücksichtigt.
Welche Schlüsselwörter beschreiben die Arbeit am besten?
Ferrofluide, Hybrid-Ferrofluide, Magnetoviskosität, Magnetit, Nanopartikeln, Superparamagnetismus, Piezoelectric Membrane Axial Vibrator (PMAV), TEM, SQUID, Nanostäbe.
Wie ist die Arbeit strukturiert?
Die Arbeit gliedert sich in eine Einleitung, einen theoretischen Hintergrund, ein Kapitel zum PMAV, die Beschreibung der Probenherstellung, die Präsentation der Ergebnisse und Diskussion, eine Zusammenfassung und einen Ausblick sowie einen Anhang mit zusätzlichen Informationen (z.B. Hinweise zur Benutzung von ImageJ und Partikelgrößenverteilung des kommerziellen Ferrofluids).
Auf welchen vorherigen Forschungsergebnissen baut die Arbeit auf?
Die Arbeit baut auf vorherigen Forschungsergebnissen von R. Zierold auf, die einen hohen Anstieg der Magnetoviskosität durch die Kombination von Ferrofluiden mit ferromagnetischen Nanostäben zeigten.
- Citar trabajo
- René Faust (Autor), 2012, Hybride Ferrofluide basierend auf länglichen Nanoobjekten. Untersuchung der Magnetoviskosität, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1029955
