Dziś jest poniedziałek, 21 październik 2019 r.
Energoelektronika.pl na stronach Facebook REKLAMA MAPA SERWISU KONTAKT
Strona główna Załóż konto Artykuły branżowe Katalog firm Seminaria FAQ Kalendarium Słownik Oferta
Wyszukaj
1USD 3.8503 -0.35% 1EUR 4.2844 -0.01% 1GBP 4.9671 +0.43%
Zaloguj się
Login (adres e-mail):
Haslo:
  Rejestracja
  Zapomniałem hasła
Reklama

Aktualności
32 edycja targów Energetab 2019 juz za cztery tygodnie
więcej
Siemensa buduje fabrykę dla Przemysłu 4.0 w Polsce
więcej
Przed nami 32. edycja targów ENERGETAB 2019
więcej
Przyszłość sektora motoryzacji w Polsce ? raport Banku Pekao S.A.
więcej

Zobacz archiwum

Kalendarium
23 październik 2019
LUMENexpo Targi Techniki Świetlnej  
więcej
29 październik 2019
73. edycja Seminarium dla Służb Utrzymania Ruchu  
więcej
Newsletter
Jeżeli chcesz otrzymywać aktualne informacje o wydarzeniach w branży.
Podaj e-mail do subskrypcji:


Artykuły branżowe
15 luty 2010.

Nanomateriały - fantazja naukowa czy nieunikniona konieczność?

Materiały magnetyczne po wielu przeobrażeniach i przemianach wewnętrznych stanowią w obecnej chwili znaczący odsetek na rynku światowym. Spotkać je można niemalże w każdym urządzeniu codziennego użytku a nawet wkraczają w miejsca dotychczas im niedostępne. Według klasyfikacji istnieje kilka rodzajów materiałów magnetycznych tj. diamagnetyki, paramagnetyki, ferromagnetyki, ferrimagnetyki oraz antyferromagnetyki. Ogólnie rzecz biorąc każdy pierwiastek chemiczny czy też związek chemiczny cechuje się pewnymi właściwościami magnetycznymi. Jednak najczęściej określenie materiał magnetyczny kojarzy się z ferromagnetykami i ferrimagnetykami.

Diamagnetyki nie wykazują cech magnetycznych samoistnie. Dopiero po umieszczeniu materiału w zewnętrznym polu magnetycznym indukuje się w diamagnetyku pole skierowane przeciwnie do pola zewnętrznego. Przyczyną powstawania zjawiska diamagnetyzmu jest zmiana toru elektronów na orbitach, przez co wytwarzane jest pole magnetyczne o przeciwnym kierunku do pola zewnętrznego. Stała magnetyczna diamagnetyku jest mniejsza od u<1 co wpływa na zmniejszenie zewnętrznego pola magnetycznego. Grupę materiałów diamagnetycznych stanowią wszystkie gazy szlachetne, metale i metaloidy nie zakwalifikowane do pozostałych grup materiałów magnetycznych. Wymienić tu można krzem, cynk, magnez, złoto, miedź, grafit, fosfor oraz wodę. Po raz pierwszy zjawisko to opisał S. J. Burgmans w 1778 roku, jednak rozpowszechnieniem zajął się M. Faraday w 1846 roku.


Zjawisko diamagnetyzmu - lewitacja (Wikipedia)

Paramagnetyki to materiały, które w zewnętrznym polu magnetycznym ulegają namagnesowaniu zgodnie z jego kierunkiem. Paramagnetyk, w przeciwieństwie do diamagnetyku, jest przyciągany przez magnes, lecz znacznie słabiej niż ferromagnetyk. Materiały te charakteryzują się liniową zależnością namagnesowania od pola zewnętrznego w warunkach normalnych. W przypadku silnych pól zewnętrznych lub bardzo niskich temperatur charakterystyka namagnesowania traci liniowość. Przenikalność magnetyczna paramagnetyków jest zbliżona do jedności lub niewiele większa u>=1. Do grupy paramagnetyków zalicza się między innymi: tlen, aluminium, platynę, tlenek azotu (II) NO.

Ferromagnetyki to materiały, które mają wewnątrz obszary stałego namagnesowania (domeny magnetyczne), wytwarzające wokół elementarne pole magnetyczne. Obszary te zachowują się jak miniaturowe magnesy. Ferromagnetykami są żelazo, nikiel, kobalt, niektóre stopy oraz metale ziem rzadkich. Zasadniczo ferromagnetyki dzielą się na:
- twarde, które utrzymują właściwości magnetyczne nawet w przypadku zmian zewnętrznego pola magnetycznego i stosowane są do produkcji magnesów trwałych; 
- półtwarde, które zachowują właściwości magnetyczne po zmianie zewnętrznego pola magnetycznego, lecz można ten stan łatwo usunąć; stosuje się je do urządzeń zapisujących dane np. dyski twarde lub karty magnetyczne;
- miękkie, które tracą namagnesowanie po usunięciu pola zewnętrznego - pozostaje tylko namagnesowanie resztkowe, wykorzystywane do budowy magnetowidów i rdzeni magnetycznych.


Ciecz ferromagnetyczna, ferrofluid, umieszczona na płytce szklanej, pod którą znajduje się magnes ziem rzadkich (Wikipedia) 

Ferrimagnetyk mają cechę magnetyczna powodująca, że w temperaturach niższych od temperatury Neela pojawiają się antyrównolegle uporządkowane elementarne momenty magnetyczne, które nie znoszą się do zera jak w przypadku antyferromagnetyzmu. Temperatura Neela jest analogią do temperatury Curie dla ferromagnetyków. W tej temperaturze przy ogrzewaniu zanikają a przy chłodzeniu pojawiają się na nowo właściwości antyferromagnetyczne.

Antyferromagnetyzm to cecha ciał krystalicznych, występująca w niskich temperaturach (poniżej temperatury Neela). Antyferromagnetyk osiąga swój stan stabilny przy braku zewnętrznego pola magnetycznego wewnątrz materiału porządkują się momenty magnetyczne w sposób antyrównoległy tak jak w przypadku ferrimagnetyzmu. Antyferromagnetyki w wyższych temperaturach stają się paramagnetykami, czego przykładem może być mangan.

Przedstawione powyżej podstawowe informacje dotyczące materiałów magnetycznych umożliwiają wyobrażenie sobie jak szerokim spektrum operuje magnetyzm. Najnowsze odkrycia i badania posuwają się jeszcze krok dalej i wykorzystują magnetyzm różnego rodzaju w niespotykanych dotychczas zastosowaniach. Nowoczesne materiały magnetyczne tworzone są z wykorzystaniem technologii mikro- i nanokompozytów. Obszerną grupą tej technologii są nanokompozyty polimerowe, które znajdują coraz większe zainteresowanie w tworzeniu nowoczesnych urządzeń o znacznie większej funkcjonalności niż egzemplarze otrzymywane tradycyjnymi metodami.
Nanokompozyty wytwarzane są na bazie polimerów termoplastycznych oraz termoutwardzalnych, do których dodawane są nanododatki, m.in. magnetyczne. Ilość nanododatków jest niewielka, lecz ich działanie na poprawę parametrów materiałów jest znaczne. Tworząc nanokompozyty można w znaczny sposób wpływać na właściwości mechaniczne, optyczne, elektryczne czy też termiczne materiałów. Przykładem może być niewielki dodatek nanocząstek magnetycznych do cementu, które w znaczący sposób poprawiają jego właściwości mechaniczne.

Nanokompozyty można znaleźć również w innych ciekawych zastosowaniach. Mogą służyć np. jako zabezpieczenia różnych materiałów. Mikrowłókno, opracowane przez Juana Hinestroza i Carlosa Rinaldi, jest czymś w rodzaju odcisku palca danego materiału i świadczy o jego oryginalności i legalności (np. banknotów, odzieży itp.) Omawiane włókno ma nieco dziwny kształt widoczny przy dużym powiększeniu, można się w nim dopatrzeć podobizny kosmity.


Powiększenie mikrowłókna z możliwością oznaczenia oryginalności materiału

Prezentowane mikrowłókno jest specjalnie zaprojektowane w ten sposób, że umożliwia umieszczenie wewnątrz niego nanowymiarowych elementów np. elektrycznych, magnetycznych czy też optycznych, które przechowują zapisaną informację dotyczącą konkretnego produktu. Dane o materiale można odczytać podczas skanowania kontrolnego - jest to podobna operacja jak przy odczycie kodu kreskowego z produktów. Z tą różnicą, że odczytuje się pozycję, częstotliwość oraz rozmieszczenie mikrowłókien w produkcie. Ważną cechą jest również to, że podczas produkcji materiałów wzbogaconych w mikrowłókna zabezpieczające producenci nie musieliby zmieniać linii technologicznych.
Mikrowłókna produkowane są w procesie nazywanym elektrospiningiem. Proces elektrospiningu używany jest do wytwarzania bardzo cienkich włókien za pomocą nagromadzonego ładunku elektrycznego. Wytwarzane tą metodą włókna zwykle są grubości mikro- czy nanometrów.


Stanowisko do przędzenia elektrostatycznego


Elektrostatyczne przędzenie włókien - elektrospining

Proces produkcji metodą elektrtospiningu jest bezinwazyjny i niewymagający użycia środków chemicznych pomagających w krzepnięciu roztworu bazowego czy też użycia wysokich temperatur pozwalających na produkcję włókien. Cechy te wpływają na atrakcyjność procesu w przypadku wykorzystania do produkcji włókien molekuł dużych i złożonych. Często stosowany jest proces elektrospiningu z roztopionego prekursora, co sprawia, że w materiale finalnym brak jest jakichkolwiek rozpuszczalników.

Miniaturowe cząsteczki - trzeba tutaj zaznaczyć wyraźnie, że chodzi o skalę nano - wykorzystywane są ponadto w wielu innych dziedzinach przemysłu a jeszcze wiele jest przed nimi. Ostatnie doniesienia skupiają się na nanowłóknach, które wykorzystywane będą przede wszystkim w medycynie. Nanowłókna białkowe będą wykorzystywane jako nanotransportery miniaturowych narzędzi potrzebnych do manipulacji w komórkach umożliwiającej leczenie dotychczas nieuleczalnych chorób np. Alzheimera. Prowadzone są także badania w nad właściwościami nanomateriałów składających się z wyizolowanych tlenków żelaza, magnesów molekularnych a także połączeń cząstek metali z cząstkami organicznymi. Takie nanostruktury ze względu na charakterystyczne właściwości magnetyczne są jedną z nadziei nanomedycyny. Ogólnie rzecz biorąc medycyna jest bardzo chłonną zainteresowana nanostrukturami z wykorzystaniem materiałów magnetycznych. Prowadzone są badania nad wytwarzaniem przyrządów opartych o włókna amyloidowe, które po wypełnieniu nanocząsteczkami metali będą wykorzystywane do różnych celów w medycynie. Okazuje się również, że nanostruktury z dodatkiem materiałów magnetycznych są pomocne przy zwalczaniu nowotworów. Ponadto mogą pomagać tworzyć organy nieistniejące w naturze, które będą wspomagać organizm. Na przykład w Politechnice Wrocławskiej prowadzone są badania nad wytwarzaniem nanocząstek srebra i złota przez grzyby pleśniowe. Nanocząstki srebra i złota posiadają cenne właściwości dla medycyny.
Okazuje się również, że silne właściwości bakteriobójcze wykazują bardzo czyste pojedynczościenne nanorurki węglowe, które niszczą bakterię poprzez perforację jej błony otaczającej komórkę. Silne właściwości bakteriobójcze wykazują jednak nanorurki o bardzo małych średnicach rzędu 1 nm.
Bakterie w kontakcie z pojedynczościennymi nanorurkami bakteryjnymi miały niszczone powłoki zewnętrzne, oraz perforowane błony komórkowe, w wyniku, czego do zawiesiny hodowlanej wydostawał się kwas DNA, a komórki obumierały.
Odkryte właściwości nanorurek węglowych mogą być przydatne w przyszłości przy projektowaniu nowoczesnych filtrów antybakteryjnych. Z drugiej strony należy zwrócić uwagę, iż nierozpoznane jak dotychczas do końca właściwości nanomateriałów mogą niekorzystnie wpływać na środowisko oraz zdrowie ludzi.
Struktury nano wykorzystywane są także w elektronice, zwłaszcza w miniaturyzacji układów, do czego służyć mają nowoczesne metody otrzymywania półprzewodników w procesie osadzania cienkich warstw materiałów a także połączeń z materiałami organicznymi.
Tego typu badania są prowadzone również w ośrodkach w Polsce, ale pojawiać się zaczynają już działające przyrządy oparte o nanostruktury. Jednym z nich jest nowy typ detektorów promieniowania podczerwonego, pracujących w temperaturach bliskich temperaturze otoczenia, stosowanych w spektrometrach.

Renata Sulima

Źródło: Nowa Elektrotechnika
O nas  ::  Regulamin  ::  Polityka prywatności (Cookies)  ::  Reklama  ::  Mapa stron  ::  FAQ  ::  Kontakt
Ciekawe linki: www.klimatyzacja.pl  |  www.strony.energoelektronika.pl  |  promienniki podczerwieni
Copyright © Energoelektronika.pl