Ferrofluide - Magnetische Flüssigkeiten

Ferrofluid spikes - Bild: A...
Ferrofluid spikes - Bild: Andrew Magill (Wikimedia Commons)

Werden magnetische Nanopartikel, zumeist aus Magnetit (Fe3O4), mit einem mittleren Durchmesser von etwa 10 nm in einer Trägerflüssigkeit wie Wasser, Paraffinöl oder Kerosin fein verteilt (suspendiert) spricht man von einem Ferrofluid. Die Teilchen sind mit grenflächenaktiven Substanzen (Tenside) oberflächenbehandelt, damit sie nicht zusammenklumpen und bewegen sich in der Trägerflüssigkeit frei, d.h. sie setzen sich weder durch die Schwerkraft noch durch ein Magnetfeld ab. Ohne Magnetfeld verhält sich ein Ferrofluid wie eine normale Flüssigkeit, wird aber ein äußeres Magnetfeld angelegt, dann richten sich die magnetischen Nanopartikel in die Richtung der magnetischen Kraftlinien aus.

Anwendungsbereiche

Ferrofluide werden häufig als Dichtungsmaterial eingesetzt, z.B. in Festplatten von Computern, um diese vor Staub zu schützen. Durch Permanentmagnete wird das Ferrofluid an der Dichtungsstelle gehalten und kann sogar starkem Druck widerstehen.

Auch zur Dämpfung, etwa in Stoßdämpfern von Fahrzeugen, werden diese verwendet. Durch einen Elektromagneten wird die Viskosität des Ferrofluids eingestellt - je nachdem wie stark die Dämpfung erfolgen soll.

Ferrofluide können auch bei der Gewinnung von Gold und Edelsteinen sowie in der Automobilindustrie bei der Rückgewinnung von Bunt- und Edelmetallen aus geschredderten Autoteilen und bei der Entsorgung von Elektronikschrott eingesetzt werden. Für die Stofftrennung werden nicht-magnetische Materialien in ein Ferrofluid mit geeigneten magnetischen Partikeln eingebracht, die sich an die zu trennenden Stoffe anlagern, und ein Magnetfeld angelegt. Stoffe einer bestimmten Dichte schweben dann darin, Materialien mit einer größeren Dichte sinken auf den Boden und die übrigen Stofe schwimmen an der Oberfläche. Durch Veränderung des Magnetfeldes kann so eine Mischung aus verschiedenen Materialien nacheinander in seine Bestandteile zerlegt werden.

Bei Lautsprechern mit hoher Leistung oder sehr kleiner Bauform stellt sich das Problem, die in der Spule produzierte Wärme an die Struktur weiterzuleiten und von dort an geeignete Kühlvorrichtungen zu übertragen. Eine Wärmeübertragung an die Luft ist weniger gut geeignet als jene an eine Flüssigkeit, allerding muss eine Kühlflüssigkeit innerhalb des Lautsprechers im Spalt zwischen der Spule und dem Permanentmagneten gehalten werden - bei Ferrofluiden ist das problemlos möglich. Neben der Kühlung haben Ferrofluide auch noch den Vorteil, dass sie ungewollte Eigenschwingungen der Membran im Lautsprecher dämpfen.

In der Medizin werden Ferrofluide zur Krebsbehandlung, vor allem bei Gehirntumoren eingesetzt. Dazu werden die magnetischen Nanopartikel in den Tumor eingebracht und ein Magnetfeld angelegt. Dadurch gelangen die Nanopartikel in Bewegung und Wärme entsteht, welche die Krebszellen zerstört.

Ferrofluide - ihre Grundlagen und Anwendungen

Odenbach St. (2001), Physik in unserer Zeit, 32. Jahrgang 2001, Nr. 3

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"Ferrofluid-Brunnen"

Video des "Center for Nanointegration" an der Universität Duisburg-Essen (CENIDE), Exponat auf der Hannover-Messe 2010

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