Schönes in nano: Flüssige Magneten

Erinnern Sie sich an ein faszinierendes Experiment aus dem Physik-Unterricht? Auf einem Tageslichtprojektor werden Eisenfeilspäne ausgeschüttet und fein verteilt. Dann wird ein Hufeisenmagnet in die Mitte der beleuchteten Glasplatte gelegt. Die Späne bilden wie von Geisterhand bogenförmige Muster an den Polen des Magneten. Wie schön! Magnetische FeldlinienMagnetische Feldlinien
Magnetische Feldlinien geben die Richtung der Kraft an, die ein magnetischer Nordpol erfahren würde, wenn man ihn an diesen Punkt bringen würde. Die magnetischen Feldlinien gehen vom Nordpol aus und laufen zum Südpol.
bringen Ordnung und Ästhetik ins Chaos.

stachelförmige Struktur einer magnetischen Flüssigkeit in einem Magnetfeld
Nano-Ferrofluide bescheren sinnliches Vergnügen: in HiFi-Lautsprechern sorgen sie für Hörgenuss, auf Bildern für ästhetischen Augenschmaus. Nur essen sollte man sie nicht.(Foto: Evonik Degussa GmbH)

Auch bestimmte Nanoteilchen aus Eisen-, Cobalt- oder Nickelverbindungen in einer Größe von 5 bis 10 nm reagieren auf ein magnetisches Feld in besonderer Weise.

Ihre Dispersionen in polaren oder unpolaren Lösemitteln bezeichnet man als Ferrofluide (lat. „ferrum“ = Eisen“, „fluidum“ = „Flüssigkeit“). Um ihre Verteilung zu stabilisieren, werden sie in der nanotechnologischen Praxis je nach gewünschtem Lösemittel z. B. mit einer Hülle aus IonenIonen
Bei Ionen handelt es sich um Atome, die durch fehlende oder zusätzliche Elektronen eine elektrisch positive oder negative Ladung besitzen. Ein Kation ist ein positiv geladenes Ion; ein Anion dagegen negativ geladen.
oder Fettsäuren umgeben. Die Partikel können auf diese Weise nicht verklumpen und zu Boden sinken.

 

nano anziehend: schön, stachelig, Ferrofluid!

In einem magnetischen Feld richten sich die winzigen Magneten entlang der Feldlinien aus. Je nach Stärke des Feldes bildet die Flüssigkeit Stachelstrukturen aus. Diese kommen zustande, weil sich die Partikel teils ausrichten oder abstoßen und dabei von der Oberflächenspannung der Flüssigkeit zusammengehalten werden.
Diesen Effekt nennt man „Rosensweig-Instabilität“, benannt nach dem amerikanischen Wissenschaftler Ronald Rosensweig, der das Verhalten magnetischer Flüssigkeiten erstmals theoretisch beschrieb.

Auch Ferrofluide sind bereits im technischen Einsatz. Vorteilhafterweise können sie mit einem starken Permanentmagneten in einer bestimmten Position gehalten oder bewegt werden. Sie befinden sich beispielsweise in HiFi-Lautsprechern zwischen der Schwingspule und der Magnetanordnung und dämpfen die Schwingungen der Membran. In anderen Anwendungen wie etwa Wellenantrieben übernehmen sie die Funktion flüssiger Dichtungen mit geringem Reibungswiderstand.

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