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Micron Document

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<title>Ferrofluid</title>

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<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">Ferrofluid</span></h1>

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<p><b>Ferrofluide</b> sind <a href="Fl%C3%BCssigkeit" title="Flüssigkeit">Flüssigkeiten</a>, die auf <a href="Magnetismus" title="Magnetismus">magnetische Felder</a> reagieren, ohne sich zu verfestigen. Sie bestehen aus wenige <a href="Nanometer" class="mw-redirect" title="Nanometer">Nanometer</a> großen magnetischen Partikeln, die in einer Trägerflüssigkeit <a href="Kolloid" title="Kolloid">kolloidal</a> <a href="Suspension_(Chemie)" title="Suspension (Chemie)">suspendiert</a> sind. Die Partikel werden in der Regel mit einer <a href="Polymer" title="Polymer">polymeren</a> Oberflächenbeschichtung stabilisiert.

</p><p>Echte Ferrofluide sind stabile <a href="Dispersion_(Chemie)" title="Dispersion (Chemie)">Dispersionen</a>, was bedeutet, dass sich die festen Teilchen nicht mit der Zeit absetzen und selbst in extrem starken Magnetfeldern nicht aneinander anlagern oder sich von der Flüssigkeit als andere <a href="Phase_(Materie)" title="Phase (Materie)">Phase</a> abscheiden.

</p><p>Ferrofluide sind <a href="Superparamagnetismus" title="Superparamagnetismus">superparamagnetisch</a> und besitzen eine sehr geringe <a href="Hysterese" title="Hysterese">Hysterese</a>.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Bestandteile">Bestandteile</h2></div>

<p>Die Teilchen bestehen normalerweise aus <a href="Eisen" title="Eisen">Eisen</a>, <a href="Magnetit" title="Magnetit">Magnetit</a> oder <a href="Cobalt" title="Cobalt">Cobalt</a> und sind kleiner als eine <a href="Magnetische_Dom%C3%A4ne" class="mw-redirect" title="Magnetische Domäne">magnetische Domäne</a>, typischerweise 5–10 nm (Nanometer) im Durchmesser. Die umgebende Flüssigkeit ist normalerweise <a href="%C3%96le" title="Öle">Öl</a> oder <a href="Wasser" title="Wasser">Wasser</a>, seltener <a href="Wachs" title="Wachs">Wachs</a>. <a href="Tenside" class="mw-redirect" title="Tenside">Tenside</a> werden zugesetzt, um die Suspension stabiler zu machen, indem sich die in <a href="Mizelle" title="Mizelle">Mizellen</a> gebundenen Teilchen aufgrund <a href="Sterische_Hinderung" title="Sterische Hinderung">sterischer Wechselwirkungen</a> gegenseitig abstoßen.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Verhalten_im_Magnetfeld">Verhalten im Magnetfeld</h2></div>

<p>In einem Magnetfeld werden die magnetischen Momente der Teilchen des <b>Magnetofluides</b> tendenziell in dessen Richtung ausgelenkt und erlangen hierdurch eine makroskopische <a href="Magnetisierung" title="Magnetisierung">Magnetisierung</a>. Jedoch überwiegt die zufällige Bewegung der Partikel immer noch die Kraft, die sie zusammenzieht; sie bilden keine Ketten, ihre Viskosität ändert sich fast nicht, aber sie neigen dazu, in hochmagnetischen Feldern zu bleiben.

</p><p>Ferrofluide bilden in Magnetfeldern teilweise sehr interessante <a href="3D" title="3D">dreidimensionale</a> Formen und bei einer Begrenzung auf eine dünne Schicht (z. B. zwischen zwei Glasplatten) Streifenmuster. Dies wird hervorgerufen durch die sich ausrichtenden und abstoßenden Magnetfelder der einzelnen Teilchen, wobei die Kraft der <a href="Oberfl%C3%A4chenspannung" title="Oberflächenspannung">Oberflächenspannung</a> der Flüssigkeit sie jedoch zusammenhält (Stachel- oder Rosensweig-Instabilität, entdeckt 1966 von Ronald E. Rosensweig).

</p><p>In einem Magnetfeld können Ferrofluide <a href="Doppelbrechung" title="Doppelbrechung">Doppelbrechung</a> zeigen (<a href="Magnetooptik#Magnetooptische_Effekte" title="Magnetooptik">Cotton-Mouton-Effekt</a>).

</p>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Vergleich_mit_magnetorheologischen_Flüssigkeiten"><span id="Vergleich_mit_magnetorheologischen_Fl.C3.BCssigkeiten"></span>Vergleich mit magnetorheologischen Flüssigkeiten</h3></div>

<p>Im Gegensatz zu Ferrofluiden <i>verfestigen</i> sich <a href="Magnetorheologische_Fl%C3%BCssigkeit" title="Magnetorheologische Flüssigkeit">magnetorheologische Flüssigkeiten</a> (MRF) in einem Magnetfeld. Sie bestehen aus einer Suspension von magnetischen Teilchen, die 10 Nanometer bis einige <a href="Meter#Mikrometer" title="Meter">Mikrometer</a> messen und damit ein bis drei Größenordnungen größer sind als die der Ferrofluide. Die relativ großen Teilchen der MRF bilden im Magnetfeld Ketten, die die <a href="Viskosit%C3%A4t" title="Viskosität">Viskosität</a> („Zähigkeit“) der MRF erhöhen. Das verfestigt die MRF, solange keine Druckkraft einwirkt, die groß genug ist, die Ketten zu brechen.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Anwendungen">Anwendungen</h2></div>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Industrie">Industrie</h3></div>

<p><i>Ferrofluide</i> werden in <a href="Schallwandler" title="Schallwandler">Lautsprechern</a> verwendet, um die Wärme zwischen der <a href="Schwingspule" title="Schwingspule">Schwingspule</a> und der Magnetanordnung abzuleiten und um die Bewegungen der Membran passiv zu <a href="D%C3%A4mpfung" title="Dämpfung">dämpfen</a>. Sie sitzen da, wo sonst der Luftspalt um die Schwingspule wäre, und werden dort durch das Feld des Permanentmagneten gehalten.

</p><p>Auf ähnliche Weise werden sie verwendet, um flüssige (und daher verschleißfreie, <a href="Reibung" title="Reibung">reibungsarme</a>) <a href="Dichtung_(Technik)" title="Dichtung (Technik)">Dichtungen</a> um rotierende <a href="Welle_(Mechanik)" class="mw-redirect" title="Welle (Mechanik)">Wellen</a> durch Wandungen zu bilden. Diese Dichtungen verwendet man für Wellendurchführungen in Vakuumkammern oder Reinräumen, zum Beispiel in einer <a href="Festplattenlaufwerk" title="Festplattenlaufwerk">Festplatte</a>.

</p><p>Zur <a href="Magnetohydrostatische_Trennung" title="Magnetohydrostatische Trennung">Dichtetrennung</a> wird Ferrofluid auf Wasserbasis verwendet. Dabei wird mit einem Magnetfeldgradienten ein weiterer Druck erzeugt, mit dem man auch Körper hoher Dichte schwimmen lassen kann.

</p><p><a href="Panasonic_Corporation" title="Panasonic Corporation">Matsushita Electric Industrial Co.</a> produzierte einen <a href="Tintenstrahldrucker" title="Tintenstrahldrucker">Tintenstrahldrucker</a>, der ferrofluide Tinte verwendet (Druckleistung: 5 Seiten pro Minute).

</p>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Messtechnik">Messtechnik</h3></div>

<p>Für Ferrofluide gibt es zahlreiche <a href="Optik" title="Optik">optische</a> Anwendungen aufgrund ihrer <a href="Lichtbrechung" class="mw-redirect" title="Lichtbrechung">Lichtbrechungseigenschaften</a>, d. h. jedes <a href="Nanoteilchen" class="mw-redirect" title="Nanoteilchen">Nanoteilchen</a>, ein „Mini<a href="Magnet" title="Magnet">magnet</a>“, reflektiert Licht. Zu diesen Anwendungen gehört die Messung der spezifischen <a href="Viskosit%C3%A4t" title="Viskosität">Viskosität</a> einer Flüssigkeit mit Hilfe eines <a href="Polarisationsmikroskop" title="Polarisationsmikroskop">Polarisationsmikroskops</a>.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Medizintechnik">Medizintechnik</h3></div>

<p>In der <a href="Medizin" title="Medizin">Medizin</a> versucht man, Ferrofluide zur <a href="Krebs_(Medizin)" title="Krebs (Medizin)">Krebserkennung</a> (<a href="Diagnostik" class="mw-redirect" title="Diagnostik">Diagnostik</a>) oder mit speziell modifizierten Oberflächen mit angelagerten Wirkstoffen zur Krebs<a href="Therapie" title="Therapie">therapie</a> zu verwenden.

Sehr erfolgreich verliefen z. B. Tests mit oberflächenmodifizierten Ferrofluidnanopartikeln, die in Krebszellen eingeschleust wurden und diese dann bei Anlegen eines hochfrequenten Magnetfeldes erhitzten. Diese Wärme wird auf das Zelleninnere übertragen und die Zelle kann somit in ein künstliches Fieber versetzt werden. Damit kann das Tumorwachstum gestoppt und der Tumor unter günstigen Bedingungen auch vollständig entfernt werden. Das deutsche Unternehmen <i>MagForce</i> hat nach erfolgreichem Abschluss klinischer Studien im Jahre 2009 die Zulassung des Verfahrens für die Behandlung des <a href="Glioblastom" title="Glioblastom">Glioblastoms</a> (Hirntumor) beantragt.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Siehe_auch">Siehe auch</h2></div>

<ul><li><a href="Ferromagnetismus" title="Ferromagnetismus">Ferromagnetismus</a></li>

<li><a href="Magnetohydrodynamik" title="Magnetohydrodynamik">Magnetohydrodynamik</a></li>

<li><a href="Magnetorheologische_Elastomere" title="Magnetorheologische Elastomere">Magnetorheologische Elastomere</a></li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Literatur">Literatur</h2></div>

<ul><li>Elmars Blums, Andrej Cebers, Michail M. Majorov: <i>Magnetic fluids</i>. De Gruyter, Berlin u. a. 1996, ISBN 3-11-014390-9.</li>

<li>Christian Lang: <i>Nanostab-Ferrofluide</i>. Dissertation, Universität des Saarlands, Saarbrücken 2006 (<a rel="nofollow" class="external text" href="http://scidok.sulb.uni-saarland.de/volltexte/2006/631/">Volltext</a>).</li>

<li>Sebastian Lissek: <i>Die allgemeine Theorie magnetischer Flüssigkeiten</i>. Dissertation, Universität Hannover 2001 (<a rel="nofollow" class="external text" href="http://edok01.tib.uni-hannover.de/edoks/e002/326222235.pdf">Volltext als PDF</a>).</li>

<li>Arnim Nethe, Thomas Scholz, und Hanns-Dietrich Stahlmann: <i>Ferrofluidunterstützte Elektromotoren und Aktuatoren</i>. Köster, Berlin 2006, ISBN 978-3-89574-618-5.</li>

<li>Stefan Odenbach (Hrsg.): <i>Ferrofluids. Magnetically controllable fluids and their applications</i>. (= Lecture notes in physics; Bd. 594). Springer, Berlin u. a. 2002, ISBN 3-540-43978-1.</li>

<li>Ronald E. Rosensweig: <i>Ferrohydrodynamics</i>. Dover Publications, Mineola NY 1997, ISBN 0-486-67834-2.</li>

<li>Klaus Stierstadt: <i>Ferrofluide im Überblick</i>. SpringerSpektrum, Wiesbaden 2020, ISBN 978-3-658-32707-1, ISBN 978-3-658-32708-8 (E-Book).</li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Weblinks">Weblinks</h2></div>

<div class="sisterproject" style="margin:0.1em 0 0 0;"><div class="noresize noviewer" style="display:inline-block; line-height:10px; min-width:1.6em; text-align:center;" aria-hidden="true" role="presentation"><span class="mw-default-size" typeof="mw:File"><span title="Commons"></span></span></div><b><span class=""><a class="external text" href="https://commons.wikimedia.org/wiki/Ferrofluids?uselang=de"><span lang="en">Commons</span>: Ferrofluide</a></span></b> – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien</div>

<ul><li>Universität Saarland: <a rel="nofollow" class="external text" href="http://www.uni-saarland.de/fak7/luecke/SFB/index.html">Grenzflächenbestimmte Materialien: Transport-, Response- und Instabilitätsverhalten von Ferrofluiden</a></li>

<li>Arnim Nethe: <a rel="nofollow" class="external text" href="http://www.dr-nethe.de/forschung/ferrofluide/">Forschung Ferrofluide</a></li></ul></div><div><div class="zim-footer">

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