Nanotechnologie in der Schule - Prof. Dr. Thomas Wilhelm

Ferrofluide, Magnetismus und Curie-Temperatur
8.1 Einleitung
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Im folgenden Abschnitt soll ein erstaunliches Anwendungsbeispiel der Nanotechnologie
beschrieben werden. Es handelt sich hierbei um die Möglichkeit, magnetische Flüssigkeiten,
sog. Ferrofluide, herzustellen.
Theoretisch sollte es möglich sein, dass eine homogene Flüssigkeit ferromagnetische Eigen-
schaften aufweist. Die Praxis zeigt aber, dass alle ferromagnetischen Stoffe ihre ferroma-
gnetischen Eigenschaften ab einer gewissen Temperatur, der Curie-Temperatur, verlieren
und paramagnetisch werden. Diese Temperatur liegt jedoch deutlich unter der Schmelz-
temperatur der jeweiligen Stoffe.
Ferrofluide schaffen es allerdings, zwei physikalische Eigenschaften, die in dieser Form in
der Natur nicht vorkommen, zu vereinen [Hei10]. Sie sind einerseits bei Raumtemperatur
flüssig und zeigen gleichzeitig magnetische Eigenschaften. Dies funktioniert jedoch nur,
wenn man kleine Partikel aus ferromagnetischen Materialien, wie beispielsweise Magnetit
Fe 3 O 4 , in einer Flüssigkeit fein verteilt. Diese Mischung nennt man Kolloid. Kolloidale
Suspensionen zeichnen sich dadurch aus, dass sie nicht sedimentieren, d.h. dass sich die
feste und die flüssige Phase nicht voneinander trennen. Die Durchmesser der Partikel in
diesen Lösungen sind typischerweise in der Größenordnung einiger Nanometern bis einiger
Mikrometer.
Bei der Herstellung von Ferrofluiden kommen prinzipiell zwei Möglichkeiten in Frage. Zum
Einen können mit Hilfe von Bottom-Up-Verfahren durch chemische Reaktionen aus ein-
zelnen Eisenionen größere Magnetitpartikel hergestellt werden. Andererseits können die
Partikel aus größeren Komplexen durch Zermahlen zerkleinert werden. Dieses Vorgehen
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