Les ferrofluides

Classes préparatoires scientifiques CPE Lyon
TIPE 2011
LES FERROFLUIDES
Auteurs : Granet Estelle – Levanier Léa – Sarrazin Maxime – Simon Laurianne
Professeur encadrant : Jung Michaël
PRÉSENTATION:

Problématique: Le mouvement des ferrofluides et leur application à la
médecine

I)
Plan:
L’expérience


II)
La théorie




III)
Protocole
Résultats et commentaires
Composition
Stabilité
Propriétés
Champ magnétique: paramètres et conséquences sur le fluide
L’application médicale


Application: IRM
Application: Hyperthermie magnétique
L’EXPÉRIENCE
o
Protocole expérimental:

Introduire une solution de FeCl2 de concentration 2mol/L (en excès) dans un bécher de 100ml
Verser dans ce bécher, grâce à la pipette jaugée, 4ml de FeCl3
Insérer un barreau aimanté pour agiter la solution
Avec la burette graduée, introduire 50ml d’ammoniaque en 5minutes : soit 1ml toutes les 6secondes
Toujours agiter magnétiquement
Observer un précipité marron puis noir se former
Eteindre l’agitateur magnétique et récupérer le barreau à l’aide d’un aimant
Mettre un aimant sous le bécher et laisser décanter
2 phases se forment : une aqueuse et une organique : vider la phase aqueuse en gardant le ferrofluide obtenu, grâce à
un aimant au fond du bécher
Rincer à plusieurs reprises avec de l’eau distillée
Attention : toujours garder un aimant puissant sous le bécher afin de ne pas perdre le liquide
Ajouter 2ml d’hydroxyde de tétraméthylammonium dans le ferrofluide comme tensioactifs (on peut aussi utiliser de l’acide
citrique, de l’acide oléique ou de la lécithine de soja)





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




L’EXPÉRIENCE

Quelques images de la synthèse des ferrofluides:
ajout de 9mL de NH3
ajout de 15mL de NH3
ajout de 25mL de NH3
L’EXPÉRIENCE
Aimant de disque dur
Décantation
Ferrofluide sans
la phase
aqueuse
L’EXPÉRIENCE
L’EXPÉRIENCE

Résultats et commentaires:

Obtention d’un liquide du même aspect que le ferrofluide

Inactivité sous l’effet de l’aimant

Réactions parasites: apparition de deux précipités non désirés, Fe(OH)2 et Fe(OH)3

Il aurait été intéressant d’utiliser un aimant au néodyme (plus puissant qu’un aimant ordinaire)
trop peu puissant?
LA THÉORIE
LA THÉORIE

Composition d’un ferrofluide:
Particules solides:
 de type métallique et des oxydes magnétiques
 Capacité d’aimantation
 Taille entre 3 et 15 nm
Solvant :
 Liquide porteur
 Organique
 Polaire
LA THÉORIE

Stabilité : les forces

Le mouvement Brownien :

Le surfactant

Séparation générale

Interaction dipolaire

Force de Van Der Waals :

Cohésion générale
LA THÉORIE

Stabilisation grâce au tensioactif:


Principe d’action:
•
Solvant polaire
•
Solvant apolaire
Agent de solubilisation
LA THÉORIE

Propriétés magnétiques:
Aimantation lors de:
l’absence de champ magnétique
 la présence de champ magnétique

Différents types de particules:



Ferromagnétiques
Ferrimagnétiques
Superparamagnétiques
LA THÉORIE
LA THÉORIE

Qu’est ce qui est l’origine de la formation des « pics »?:
Explication du principe de magnétisation:
Introduction du champ magnétique

Origine double du magnétisme :
Mouvement de spin
Mouvement orbital

Aimantation
.
LA THÉORIE
Pics et hauteurs:
La formation des pics est proportionnelle au champ magnétique
appliqué par l’aimant.
Les fluides magnétiques:


En l’absence de champ magnétique
Lors de l’application d’un champ
LA THÉORIE
Les propriétés magnétiques dépendent de deux paramètres:

La saturation magnétique :

Viscosité dynamique:
M
a
g
n
é
t
i
s
a
t
i
o
n
M
Champ magnétique
LA MÉDECINE
LA MÉDECINE

Utilisation des ferrofluides en IRM

Principe de fonctionnement de l’Imagerie par Résonance Magnétique

Des valeurs de références: Graisse 240ms
Muscle 730ms
Substance blanche 680ms
Substance grise 809ms
LA MÉDECINE
 Importance de l’agent de contraste
Le paramagnétisme
Utilité des ferrofluides: Iron Oxyde NanoParticles
LA MÉDECINE
Application en cancérologie:

Utilisation de nanotubes de carbone
LA MÉDECINE

Hyperthermie modérée par implants magnétiques
injectables pour le traitement de tumeurs.

Principe de l’hyperthermie:
Implant de nanoparticules magnétiques par voie intraveineuse
Ciblage des cellules tumorales par les nanoparticules
Chauffage par champ magnétique => destruction des cellules malades



LA MÉDECINE
ENERGIE UTILISEE EN HYPERTHERMIE
MAGNETIQUE:
La plupart des matériaux magnétiques
possèdent un cycle d’hystérésis.
Aire du cycle = énergie dissipée du matériau
sous forme de chaleur
SAR: « Spécific Absorbtion Rate » en W/g
SAR = A*f
 A : aire du cycle d’hystérésis en J/g
(« pertes » du matériau).
 f : fréquence du champ magnétique
alternatif .
CONCLUSION
Propriétés
magnétiques
Particules
magnétiques
Champ B
CONCLUSION
Autres
Médecine
- IRM
- Joints
- Hyperthermie magnétique
- Enceintes sonores
- Impression de billets
- Amortisseurs de voitures