Что можно синтезировать в школьной лаборатории

Исследовательская работа «Синтез борных люминофоров в школьной лаборатории»

Автор: Суетин Илья Викторович

Место работы/учебы (аффилиация): МАОУ «Городская гимназия №1», г. Усть-Илимск, Иркутская область, 8 класс

Научный руководитель: Суетина Юлия Александровна

Работа посвящена получению борных люминофоров в школьной лаборатории. Автор использует имеющиеся в лаборатории органические вещества в качестве активаторов, матрицей люминофоров является борная кислота. Он сравнивает яркость свечения и период послесвечения полученных люминофоров.

Мы выдвинули гипотезу о том, что интенсивность и длительность свечения люминофоров на основе борной кислоты зависит от используемого активатора.

Цель работы – синтез борных люминофоров и исследование зависимости периода их послесвечения от активатора.

Задачи:

Объект исследования – борные люминофоры.

Предмет исследования – зависимость длительности и яркости свечения борных люминофоров от используемого активатора.

Методы исследования:

Практическая значимость работы состоит в освоении методики синтеза борных люминофоров, расширении знаний о явлении люминесценции, возможности использования полученных сведений на уроках, дополнительных занятиях по химии и физике.

Исследуемые борные люминофоры относятся к фотолюминофорам. Фотолюминофоры — это вещества, которые светятся за счет энергии, полученной от света. Используются они широко. Время свечения составляет, в среднем, около 10 секунд.

Люминофоры получали путем сплавления борной кислоты с органическими активаторами. Полученную стекловидную массу облучали в течение 1 минуты ультрафиолетовым фонариком (длина волны – 365нм), с помощью секундомера засекали время послесвечения.

В процессе исследования появилась идея использовать разную концентрацию активаторов, и мы повторно синтезировали люминофоры, используя активаторы в количестве 1 и 2%.

По результатам исследований сделали следующие выводы:

Источник

Что можно синтезировать в школьной лаборатории

Синтез люминофоров на основе борной кислоты и сульфидов щелочноземельных металлов в условиях школьной лаборатории

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Люминофор – вещество, способное поглощать световую, тепловую и механическую энергию и отдавать ее (светиться) на протяжении нескольких часов без подзарядки. Люминофор был разработан 30 лет назад и вытеснил фосфор из тех областей, где он раньше использовался.[2]
В настоящее время люминофоры применяются в различных сферах деятельности человека. Это могут быть светящиеся лаки, краски, картины, циферблаты часов, принадлежности для рыбалки и охоты, дорожная разметка, специальная одежда и обувь, украшения, типографская краска, краска для обоев, подсветка для театрализованных и цирковых представлений, ночные светильники, уличная подсветка и тд [2]

Люминофоры в технике используются как люминесцентные источники света.

В телевизионных трубках люминофоры дают свечение близкое к белому. В медицине позволяет делать рентген и флюорографию. Способность люминофоров к длительному послесвечению находит применение в системах эвакуации и пожарной безопасности [6].

Неорганические люминофоры применяют в люминесцентных лампах, электронно-лучевых трубках, для изготовления рентгеновских экранов, служат индикаторами радиации и др [6].

Люминофоры применяются в технике для выявления микротрещин и дефекта в деталях.

В химии, биологии и медицине используется люминесцентный анализ с применением люминофоров.

Таким образом, можно сделать вывод, что люминофоры встречается в самых различных областях человеческой деятельности.

Однако, характеристики люминофоров, куда входят продолжительность свечения, безопасность, способы синтеза сильно различаются между собой.

В интернете много дынных о методах получения и характеристиках различных люминофоров. Но, как мы полагаем, не вся информация является правдоподобной. Наша задача подтвердить или опровергнуть те или иные сведения на практике в условиях школьной лаборатории; синтезировать люминофоры с максимально длительным и ярким послесвечением.

Серия экспериментов №1 «ЛЮМИНОФОРЫ НА ОСНОВЕ БОРНОЙ КИСЛОТЫ»

Для изготовления борных люминофоров можно использовать аптечную борную кислоту. Готовится смесь борной кислоты с органическим веществом. Количество органического вещества может быть различно, но в основном добавка органического вещества составляет 1-3% по массе от борной кислоты. Нагревание ведут до сплавления всей массы и загустевания. После остывания, полученный люминофор аккуратно разламывают, и при необходимости перетирают в ступке. Время послесвечения борных люминофоров зависит от применяемой органики в качестве активатора, и условий приготовления, но в среднем это порядка десяти секунд [4].

Борные люминофоры довольно гигроскопичны, их необходимо хранить герметичной таре, не допуская контакта с водой. Иначе они, поглощая воду, тускнеют и превращаются в исходную борную кислоту [4].

Опыт №1 «Борный люминофор с активатором лимонная кислота»

Фото. 1 Люминофор борная кислота/активатор лимонная кислота

Свечение люминофора бледно-желтое. Длится 3 секунды. Люминофор не устойчив к действию влаги.

Из дополнительных источников, мы знали, что хорошие результаты дают ароматические кислоты, нередко ароматические гидроксокислоты [4]. Поэтому, на следующем этапе мы стали создавать люминофоры с фталевой, салициловой и ацетилсалициловой кислотами.

Ацетилсалициловая кислота Фталевая кислота Салициловая кислота

Борный люминофор с активатором фталевой кислотой.

Соотношение матрица-активатор 1:1000.

0.05 г фталевой кислоты растворили в 50 мл воды при нагревании, затем 1 мл полученного раствора добавили к 1 г борной кислоты в фарфоровой чашечке (соотношение компонентов по массе 1000:1), нагрели на плитке [14].

При нагревании фталевая кислота обезвоживается, превращаясь во фталевый ангидрид:

Фото.2 Люминофор борная кислота/активатор фталевая кислота

Нам едва удалось зафиксировать послесвечение так, как оно длилось всего 3-4 секунды. Люминофор оказался не устойчив к действию влаги.

Люминофор из борной кислоты с активатором салициловой кислотой

Приготовили люминофор, как описано выше. Однако, при такой концентрации есть опасность выделения фенола, поэтому сплавление с борной кислотой мы проводили короткое время, постепенно добавляя порции салициловой кислоты.

Работу проводили осторожно, не сильно нагревая смесь, чтобы предотвратить декарбоксилирование салициловой кислоты и образование фенола.

Фото.3 Люминофор борная кислота/активатор ацетилсалициловая кислота

Свечение люминофора длится 10 секунд. Цвет бледно-голубой. Как и все борные люминофоры, данный люминофор не устойчив к действию влаги.

3. Борный люминофор с активатором ацетилсалициловая кислота.

Соотношение матрица-активатор 1:1000. 0.05 г ацетилсалициловой кислоты растворили в 50 мл воды при нагревании, затем 1 мл полученного раствора добавили к 1 г борной кислоты в фарфоровой чашечке (соотношение компонентов по массе 1000:1), нагрели на плитке. Свечение не яркое, длится максимум 5 секунд.

Фото.4 Люминофор борная кислота/салициловая кислота

Опыт №3. Люминофор на основе борной кислоты с активатором флуоресцеин

Фото.5 Люминофоры борная кислота/флуоресцеин

Серия экспериментов №2 «ЛЮМИНОФОРЫ НА ОСНОВЕ СУЛЬФИДОВ ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ»

Технология изготовления таких фосфоров довольно проста и вполне доступна для изготовления в лабораторных и даже домашних условиях, если есть возможность обеспечить температуру обжига 950-1100°C.

Для этой цели необходимы муфельные печи, так же возможна огневая обработка. Ещё нужны будут весы с точностью 0,01 г или выше [8].

Необходимы тигли, выдерживающие температуру до 1000º С.

Все реактивы должны быть марки – ХЧ ( химически чистые). Соединения «л егких металлы» – щелочных, щелочноземельных не будут сказываться на качестве составов. Их соли, наоборот, зачастую вводят в виде плавней в шихту [8].

Исходными веществами для синтеза люминофоров являются карбонаты щелочноземельных металлов, сера, крахмал, плавни и растворы активаторов. Наибольшие требования по чистоте предъявляются к карбонатам и сере, так как эти вещества являются основой для шихты будущего люминофора [8].

Сульфиды щелочноземельных металлов синтезируют восстановлением углём соответствующих карбонатов с серой при высоких температурах:

2 MeCO ₃ + 2 S + C = 2 MeS + 3 CO ₂

Вместо угля применяется крахмал, который при высоких температурах разлагается на углерод, участвующий в выше приведенной реакции [8].

Карбонат магния вводят в шихту в качестве разрыхлителя, наполнителя и добавки, способствующей увеличению светоотдачи.

Так же, в шихту вводят плавни в виде растворов или в твёрдом виде, которые образуют жидкую фазу, являются поставщиком ионов активаторов, способствуют кристаллизации сульфидов. В качестве плавней применяют тетраборат натрия, сульфат натрия, фторид магния и некоторые другие [8].

Все плавни мы готовили из имеющихся реактивов, очищая их от примесей перекристаллизацией.

В качестве активаторов применяют растворы солей тяжелых металлов, таких как висмут, медь, редкоземельные элементы и некоторые другие.

Концентрацию растворов активаторов подбирали таким образом, чтобы на массу шихты в 10-15 г пошёл объём основного активатора в пределах от 0,2 – 3,0 мл. Поэтому, готовили обычно растворы с концентрацией порядка 0,001 г ионов металла/мл [8].

Сульфид бария, активированный ионами меди( II ) (с высокой концентрацией ионов меди).

Прокаливание смеси вели сначала при температуре 800°С (20 минут), затем при 960°C 40 минут. Послесвечение длительное (5 минут) с высокой начальной яркостью.

Фото.6 Люминофор сульфид бария/ионы меди (высокая концентрация)

Сульфид бария, активированный ионами меди( II ) (с низкой концентрацией ионов меди), синтезированный из карбоната бария.

Прокаливание смеси вели аналогично. Послесвечение оранжевое длительностью 3 минуты.

Фото.7 Люминофор сульфид бария/ионы меди (низкая концентрация)

С уменьшением количества ионов меди свечение становится менее интенсивным. Меняется и цвет: от насыщенно – красного до оранжевого.

Сульфид бария, активированный ионами висмута( III )(с разной концентрацией), синтезированный из карбоната бария.

Прокаливали аналогично предыдущим люминофорам при температуре 960°C 40 минут. Длительного послесвечения с очень высокой начальной яркостью мы не наблюдали. Свечение длилось 2 минуты 45 секунд и достаточно слабо. Как и с люминофорами на основе продуктов разложения борной кислоты, сульфидом бария, активированного ионами меди, мы наблюдали смещение цвета в коротковолновую область спектра в зависимости от концентрации ионов висмута: от оранжевого (при более высокой концентрации) до желтого (при низкой).

Фото.8 Люминофоры сульфид бария/ионы висмута

Люминофор на основе сульфида стронция, активированный ионами висмута ( III ).

Вместо основной соли мы получили нитрат висмута растворением висмута в азотной кислоте, а карбонат стронция промыли дистиллированной водой.

Фото.9 Люминофор сульфид стронция/ионы висмута

В итоге нам удалось синтезировать люминофор с длительным послесвечением сине-зеленого цвета до 27 минут. Это один из самых лучших люминофоров, синтезированных нами.

5. Люминофор на основе сульфида стронция и кальция активированный ионами висмута ( III ).

Карбонат кальция мы заменили в этом эксперименте оксидом кальция, так как полагали, что карбонат кальция, имеющийся у нас в наличии, содержит большое количество примесей. Проведя необходимые расчеты, масса оксида кальция составила: m ( CaO ) = 1,4 г

Фото.10 Люминофор оксид кальция, сульфид стронция/ионы висмута

Как и в предыдущем случае, нам удалось синтезировать люминофор с длительным послесвечением сине-зеленого цвета до 27 минут. Это были лучшие образцы люминофоров, синтезированных нами на тот момент времени.

«Люминофоры на основе оксидов бария, кальция, стронция»

Оксиды щелочноземельных металлов, как и сульфиды, также являются люминофорами. Достоинства их синтеза в том, что не требуется очень высокая температура, как это наблюдалось в случае с карбонатами щелочноземельных металлов. Прокалка ведется при температуре 700-800 ºС в течение 40-50 минут. В опытах не используется крахмал, как в случае с карбонатами щелочноземельных металлов.

Оксид кальция с гидроксидом бария, активированный ионами висмута( III ).

Фото.11 Люминофор: оксид кальция, гидроксид бария /ионы висмута

Люминофор получился с хорошим послесвечениемдлительностью 23 минуты.

Оксид кальция, активированный ионами висмута( III )/

Люминофор получился со слабым фиолетовым послесвечением длительностью 80 секунд.

Фото.12 Люминофор оксид кальция /ионы висмута

Оригинальные методы синтеза сульфидных люминофоров

Синтез сульфидных люминофоров с применением тиомочевины или роданида аммония

В процессе нагревания тиомочевина будет разлагаться по уравнению реакции:

Образующиеся газообразные продукты и углерод, являясь восстановителями, будут непосредственно взаимодействовать с компонентами шихты во всем образце.

Селезнев С.А описывает эти процессы следующими уравнениями реакций [18]:

MeCO ₃ + H ₂ S = MeS↓ + CO ₂ ↑ + H ₂ O↑, гдеМе = Sr, Ca

3M е SO ₄ + 4CS ₂ = 3M е S + 4COS↑ +4SO ₂ ↑

Автор данного синтеза предлагает заменить часть серы на тиомочевину. Самым оптимальным вариантом, согласно проведенным исследованиям ученого, является вариант с отношением сера: тиомочевина 8:1 или 81: 19 (массовых %).

Мы заменили тиомочевину на роданид аммония, который изомеризуется при нагревании как раз в тиомочевину: NH ₄ SCN ↔ (NH ₂ ) ₂ CS

Для синтеза мы выбрали люминофоры на основе сульфида бария, активированного ионами висмута (которые у нас плохо получались) и на основе сульфида стронция, как и предлагает автор методики.

Выводы. Результаты работы

В результате длительных экспериментов нам удалось синтезировать большое количество различных люминофоров. В первую очередь это люминофоры на основе борной кислоты. Считается, что они не устойчивые, быстро разрушаются. Однако, без доступа воздуха подобные люминофоры у нас хранились до года, почти 10 месяцев. Также мы установили, что уменьшение концентрации активатора не ухудшает качества люминофора. Оптимальным считается отношение активатор – матрица 1:1000. Мы же создали люминофоры с отношением 1:100 1: 5000 и 1:10000. Данные образцы обладали таким же свечением по времени, но спектр отличался. При большей разнице матрица-активатор свечение смещается в коротковолновую область спектра. Преобладают голубоватые оттенки цвета. В случае высокой концентрации флуоресцеина – желтые оттенки; идет смещение в длинноволновую область спектра. Подобные свойства мы наблюдали и у других люминофоров. Так, люминофоры на основе сульфида бария, активированные ионами меди с относительно высокой концентрацией дают красное свечение, при понижении концентрации свечение становится желто-оранжевое. То есть идет смещение в коротковолновую область спектра. Подобное наблюдали у сульфида бария, активированного ионами висмута( III ).

Поэтому, варьируя концентрации активаторов можно создавать люминофоры с необходимым цветом и оттенком, что мы и делали в своей работе.

Люминофоры сульфида стронция, активированные ионами висмута( III ), могут давать свечение от голубовато-зеленого до синего, в зависимости от концентрации активатора. Кроме этого добавка оксида кальция в шихту в равном отношении не ухудшают качества люминофора.

Наоборот, смесь сульфида стронция в равном отношении к оксиду кальция является более предпочтительным, чем люминофор, созданный на основе только одного оксида кальция.

Люминофоры на основе оксида кальция дают синее свечение коротковолновой области спектра, причем не достаточно длительное и яркое по сравнению со смесью сульфида стронция и оксида кальция.

У всех борных люминофоров мы впоследствии наблюдали явление термолюминесценции, то есть свечения от нагревания.

Для синтеза люминофоров чрезвычайно важна чистота исходных веществ, особенно матрицы и активатора. По этой причине, у нас не сразу получились люминофоры на основе сульфидов стронция. Первые попытки оказались неудачными, так как использовали неочищенный карбонат стронция, который в дальнейшем мы несколько раз промывали дистиллированной водой.

Долго не получались люминофоры на основе приобретенного нитрата висмута (или получались некачественные люминофоры). В итоге, нам пришлось самим синтезировать нитрат висмута, что значительно изменило результаты.

Также мы продолжаем исследовать варианты синтеза люминофоров на основе сульфидов щелочноземельных металлов с частичной заменой серы на роданид аммония; изучаем различные технологии получения цинкосульфидных люминофоров.

Акулова Е. В, Мишенина Л. Н, канд. хим. наук, Селюнина Н. А, канд. хим. наук. Золь – гель синтез алюмината стронция. Издательский Дом Томского государственного университета. 2016

Все о люминофорах и их применении. https://luminofor.info/apply.html

Казанкин О.Н. Неорганические люминофоры. Химия. 1975

Левшин В.Л. Свечение активированных кристаллов // УФН. 1951. Т. Люминофор инфо.

Левшин В.Л. Фотолюминесценция жидких и твердых веществ, Москва-Ленинград, Гостехиздат, 1951.

Люминофоры на сульфидах щелочноземельных металлов. http://www.elements.dp.ua/chemistry/articles/a.e.s_phosphors/index.html

Наночастицы из мочевины и лимонной кислоты помогут в борьбе с опасными заболеваниями. https://hi-news.ru/research-development/nanochasticy-iz-mocheviny-i-limonnoj-kisloty-pomogut-v-borbe-s-opasnymi-zabolevaniyami.html

Патент. Авторы: Щипакин С.Ю, Томилин О. Б, Мурюмин Е.Е, Фадин М. В. Способ получения люминофора с длительным послесвечением.

Самодельные люминофоры на основе сульфидов кальция и бария.

Т.В. Белянинова, Л.А. Селюнина, Л.Н. Мишенина. Золь-гель синтез алюмината кальция с использованием различных полимеризующих агентов. Вестник Томского государственного университета. Химия. 2016. № 4 (6). С. 65–72

Фридман С.А. «Светящиеся составы постоянного и временного действия.» (изд. АН СССР, М.— Л., 1945 ) 43. Вып. 3. С. 426–484.

Исследовательская работа «Люминесцентные материалы на основе алюмината стронция.

Селезнев С.А «Люминесценция кристаллофосфоров на основе систем сульфидов щелочноземельных элементов». ФГАОУ ВПО «СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ», 2015 г

Источник

Что можно синтезировать в школьной лаборатории

Цель работы:

Получение нанообъекта в школьной лаборатории и исследование его свойств.

Задачи:

Найти информацию в различных источниках о нанотехнологии, ее объектах;

Собрать информацию об областях применения этих веществ;

Получить ферромагнетики в школьной лаборатории, исследовать их свойства;

Сделать выводы по проведенным исследованиям.

1. Введение

В настоящее время немногие знают, что такое нанотехнология, хотя за этой наукой стоит будущее. Более 100 лет назад знаменитый физик Макс Планк впервые приоткрыл дверь в мир атомов и элементарных частиц.Его квантовая теория позволила предположить, что эта сфера подчинена новым, удивительным законам.

2.1 Что скрывается под приставкой «нано»

2.2 Нанотехгология как наука.

Повышенный интерес исследователей к нанообъектам вызван обнаружением у них необычных физических и химических свойств, что связано с проявлением так называемых «квантовых размерных эффектов». [7]Эти эффекты вызваны тем, что с уменьшением размера и переходом от макроскопического тела к масштабам нескольких сот или нескольких тысяч атомов, плотность состояний во внешней зоне и в зоне проводимости резко изменяется, что отражается на свойствах обусловленных поведением электронов, в первую очередь магнитных и электрических. Имевшаяся в макромасштабе «непрерывная» плотность состояний заменяется на отдельные уровни, с расстояниями между ними, зависимыми от размеров частиц. В таких масштабах материал перестает демонстрировать физические свойства присущие макросостоянию вещества или проявляет их в измененном виде. Благодаря такому размерно-зависимому поведению физических свойств и не типичности этих свойств по сравнению со свойствами атомов с одной стороны, и макроскопических тел с другой, наночастицы выделяют в отдельную, промежуточную область, и нередко называют «искусственными атомами»

2.3 История развития нанотехнологий[8]

Отцом нанотехнологии можно считать греческого философа Демокрита. Примерно в 400 г. до н.э. он впервые использовал слово «атом», что в переводе с греческого означает «нераскалываемый», для описания самой малой частицы вещества.

1905 год. Швейцарский физик Альберт Эйнштейн опубликовал работу, в которой доказывал, что размер молекулы сахара составляет примерно 1 нанометр.

1931 год. Немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электронный микроскоп, который впервые позволил исследовать нанообъекты.

1959 год. Американский физик Ричард Фейнман впервые опубликовал работу, в которой оценивались перспективы миниатюризации.

1968 год. Альфред Чо и Джон Артур, сотрудники научного подразделения американской компании Bell, разработали теоретические основы нанотехнологии при обработке поверхностей.

1974 год. Японский физик Норио Танигучи ввел в научный оборот слово «нанотехнологии», которым предложил называть механизмы, размером менее одного микрона. Греческое слово «нанос» означает примерно «старичок».

1981 год. Германские физики Герд Бинниг и Генрих Рорер создали микроскоп, способный показывать отдельные атомы.

1985 год. Американский физики Роберт Керл, Хэрольд Крото и Ричард Смэйли создали технологию, позволяющую точно измерять предметы, диаметром в один нанометр.

1986 год. Нанотехнология стала известна широкой публике. Американский футуролог Эрк Дрекслер опубликовал книгу, в которой предсказывал, что нанотехнология в скором времени начнет активно развиваться.

В 1959 году нобелевский лауреат Ричард Фейнман в своём выступлении предсказал, что в будущем, научившись манипулировать отдельными атомами, человечество сможет синтезировать все, что угодно. В 1981 году появился первый инструмент для манипуляции атомами — туннельный микроскоп, изобретённый учеными из IBM. Оказалось, что с помощью этого микроскопа можно не только «видеть» отдельные атомы, но и поднимать и перемещать их. Этим была продемонстрирована принципиальная возможность манипулировать атомами, а стало быть, непосредственно собирать из них, словно из кирпичиков, все, что угодно: любой предмет, любое вещество.

Нанотехнологии обычно делят на три направления:

изготовление электронных схем, элементы которых состоят из нескольких атомов;

создание наномашин, то есть механизмов и роботов размером с молекулу;

непосредственная манипуляция атомами и молекулами и сборка из них чего угодно.

В 1992 году, выступая перед комиссией Конгресса США, доктор Эрик Дрекслер нарисовал картину обозримого будущего, когда нанотехнологии преобразят наш мир. Будут ликвидированы голод, болезни, загрязнение окружающей среды и другие насущные проблемы, стоящие перед человечеством.

2.4 Применение.[5]

В настоящее время магнитные жидкости активно изучают в развитых странах: Японии, Франции, Великобритании, Израиле. Ферромагнитные жидкости используются для создания жидких уплотнительных устройств вокруг вращающихся осей в жёстких дисках. Ферромагнитная жидкость также используется во многих динамиках для высоких частот, для отвода тепла от звуковой катушки.[2]

Оптическая защита (видимый свет и УФ-излучение);

Чернила для принтеров;

Носители для записи информации.

Перспектива на 3—5 лет:

Направленный перенос лекарственных препаратов;

Нанокомпозиционные материалы для автомобильной промышленности;

Легкие и противокоррозионные нанокомпозиционные материалы;

Нанотехнология для производства пищевых продуктов, косметики и других предметов быта.

Применение нанотехнологии в энергетике и топливной промышленности;

Нанотехнология средств защиты окружающей среды;

Использование нанотехнологии для изготовления протезов и искусственных органов;

Использование наночастиц в интегральных наноразмерных датчиках;

Нанотехнология в космических исследованиях;

Синтез наноматериалов в жидких неводных средах;

Использование наночастиц для очистки и обеззараживания.

3. Практическая часть

3.1 Лабораторный опыт №1

Получение наночастиц серебра.

В коническую колбу налили 10мл дистиллированной воды, добавив 1мл 0,1 М раствора нитрата серебра и одну каплю 1%-го раствора танина (он выступает в роли восстановителя). Нагрели раствор до кипения и добавили к нему по каплям при перемешивании 1%-й раствор карбоната натрия. Образуется коллоидный раствор серебра оранжево-жёлтой окраски.

3.2 Лабораторный опыт №2

Получение наночастиц берлинской лазури.

Налили в колбу 10мл дистиллированной воды и добавили в нее 3мл 1%-го раствора желтой кровяной соли и 1мл 5%-го раствора хлорида железа(III). Выделившийся синий осадок отфильтровали. Часть его перенесли в стакан с дистиллированной водой, добавили в него 1мл 0,5%-го раствора щавельной кислоты и перемешали взвесь стеклянной палочкой до полного растворения осадка. Образуется ярко синий золь, содержащий наночастицы берлинской лазури.

3.3 Лабораторный опыт №3

Получим ФМЖ в лаборатории.

Взяли масло (подсолнечное), а также тонер для лазерного принтера (субстанция в виде порошка). Смешали оба ингредиента до консистенции сметаны.

Для того чтобы эффект был максимальным, нагрели получившуюся смесь на водяной бане в течение приблизительно получаса, не забывая при этом её помешивать.

Сильным намагничиванием обладает далеко не каждый тонер, а только двухкомпонентный – содержащий в составе девелопер. Значит нужно выбирать наиболее качественный.

3.4 Взаимодействие магнитной жидкости с магнитным полем.

Магнитная жидкость взаимодействует с магнитным полем следующим образом: если поднести магнит сбоку, то жидкость полезет на стенку и может подняться за магнитом как угодно высоко. Меняя направление движения магнитной жидкости, можно создать рисунок на стенке сосуда. Движение магнитной жидкости в магнитном поле можно наблюдать и на предметном стекле. Магнитная жидкость, налитая в чашку Петри, заметно вспучивалась при поднесении магнита, но не покрывалась шипами. Нам удалось воспроизвести только с готовой магнитной жидкостью МФ-01(производитель – ООО«НПО «Сантон»). Для этого налили магнитную жидкость тонким слоем в чашку Петри и поднесли к ней один магнит, затем несколько магнитов. Жидкость меняет свою форму, покрываясь «шипами», напоминающими колючки ежа.

3.5 Эффект Тиндаля

3.6 Изготовление «магнитной» бумаги

Взяли кусочки фильтровальной бумаги, пропитали их магнитной жидкостью и высушили. Наночастицы магнитной фазы, заполнив поры бумаги, придали ей слабые магнитные свойства – бумага непосредственно притягивается к магниту. Нам удалось с помощью магнита вытащить из стакана через стекло фигурку, изготовленную из «магнитной» бумаги.

3.7 Исследование поведения магнитной жидкости в этаноле

В этиловый спирт добавили небольшое количество полученной нами магнитной жидкости. Тщательно перемешали. Наблюдали за скоростью оседания частиц магнетита. Частицы магнетита осели за 2-3 минуты вне магнитного поля. Интересно ведет себя магнетит, осевший в этаноле – он компактно в виде сгустка перемещается вслед за магнитом, не оставляя следа на стенке пробирки. Оставленный в таком положении, он сохраняет его в течение длительного времени вне магнитного поля.

3.8 Опыты по удалению с поверхности воды загрязнений из машинного масла

В воду налили немного машинного масла, затем добавили небольшое количество магнитной жидкости. После тщательного перемешивания дали смеси отстояться. Магнитная жидкость растворилась в машинном масле. Под действием магнитного поля пленка из машинного масла с растворенной в нем магнитной жидкостью начинает стягиваться к магниту. Поверхность воды постепенно очищается.

3.9 Сравнение смазочных свойств машинного масла и смеси машинного масла с магнитной жидкостью

Поместили в чашки Петри машинное масло и смесь машинного масла с магнитной жидкостью. Поместили в каждую чашку постоянный магнит.

Наклоняя чашки, перемещали магниты и наблюдали за скоростью их перемещения. В чашке с магнитной жидкостью магнит перемещался несколько легче и быстрее, чем в чашке с машинным маслом. Отдельные наночастицы, содержащие не более 1000 атомов, называют кластерами. Свойства таких частиц значительно отличаются от свойств кристалла, в котором содержится огромное количество атомов. Это объясняется особой ролью поверхности, ведь реакции с участием твердых тел происходят не в объёме, а на поверхности.

4. Вывод

5. Список литературы

Брук Э. Т., Фертман В. Е. «Ёж» в стакане. Магнитные материалы: от твёрдого тела к жидкости. Минск, Вышейшая школа, 1983.

Штанский Д. В., Левашов Е. А. Многокомпонентные наноструктурные тонкие пленки: проблемы и решения. Изв. ВУЗов. Цветная металлургия № 3, 52 (2001).

Источник