磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

0磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

1生物體的磁導(dǎo)航

2

奈米磁之應(yīng)用

3奈米磁流體實(shí)驗(yàn)磁性奈米粒之介紹magneticnano-particles

花蓮縣海星高中鍾佩玲葉東茂

0磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

1生物體的磁導(dǎo)航

2

奈米磁之應(yīng)用

3奈米磁流體實(shí)驗(yàn)磁性奈米粒之介紹magneticnano-particles

先備知識(shí)：1.原子是由原子核與原子核外的電子組成的。先備知識(shí)：2.載流圓形線圈會(huì)感應(yīng)產(chǎn)生類(lèi)似小長(zhǎng)條型磁鐵的磁場(chǎng)(即電流磁效應(yīng))，具有N、S兩磁極的偶極性。

3.電子有內(nèi)稟的自旋角動(dòng)量(可暫時(shí)想像成自轉(zhuǎn))與軌道角動(dòng)量(可暫時(shí)想像成公轉(zhuǎn))，因此產(chǎn)生自旋磁偶極矩與軌道磁偶極矩。4.偶極矩、磁場(chǎng)都具有方向性，是一向量。先備知識(shí)：物質(zhì)的磁性原子的磁性電子的磁性電子的自旋磁偶矩及軌道偶極矩原子的磁性電子的磁性物質(zhì)磁性的來(lái)源單原子的磁矩普通分子的磁矩鐵原子的磁矩磁鐵分子的磁矩淨(jìng)磁矩物質(zhì)磁性的種類(lèi)反磁性：電子的磁矩成對(duì)抵消，原子不具有淨(jìng)磁矩。SN由法拉第電磁感應(yīng)定律及冷次定律知會(huì)產(chǎn)生反方向的微弱磁矩。在外磁場(chǎng)作用下，會(huì)產(chǎn)生反方向的微弱磁矩。物質(zhì)磁性的種類(lèi)順磁性：電子的磁矩沒(méi)有抵消，原子具有淨(jìng)磁矩；SN受外磁場(chǎng)作用，可調(diào)整部分原子磁矩，而使材料有同向的淨(jìng)磁矩。在外磁場(chǎng)作用下，會(huì)產(chǎn)生同方向的弱磁矩。但但原子磁矩方向任意，材料沒(méi)有淨(jìng)磁矩。在外磁場(chǎng)作用下，數(shù)個(gè)單磁疇調(diào)整成同向的強(qiáng)磁矩。受外磁場(chǎng)作用，會(huì)調(diào)整單磁疇的磁矩，而使材料有更強(qiáng)大的淨(jìng)磁矩。物質(zhì)磁性的種類(lèi)電子的磁矩沒(méi)有抵消，原子具有淨(jìng)磁矩；且與鄰近原子作用，調(diào)整產(chǎn)生更強(qiáng)的淨(jìng)磁矩區(qū)域，SN

稱(chēng)為「磁疇」。鐵磁性：奈米微粒的磁磁性奈米微粒因小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)應(yīng)、表面效應(yīng)等而具有常規(guī)規(guī)粗晶粒材料料所不具備的的磁特性，主主要有：超順磁性高矯頑力奈米微粒的磁磁性超順磁性：磁化方向不固固定在一個(gè)易易磁化方向，，易磁化方向作作無(wú)規(guī)律的變變化，稱(chēng)為超順磁性性。SNNSNS奈米微粒的磁磁性超順磁性：奈米微粒尺寸寸小到一定臨臨界值時(shí)進(jìn)入入超順磁狀態(tài)態(tài)；不同種類(lèi)的奈奈米微粒顯現(xiàn)現(xiàn)超順磁性的的臨界尺寸不不同。奈米微粒的磁磁性高矯頑力：消除餘磁所需需外加的反向向磁場(chǎng)，稱(chēng)為矯頑力。。SNNSNSNS奈米微粒的磁磁性高矯頑力：當(dāng)粒子尺寸小小到一定臨界界值時(shí)，每個(gè)個(gè)粒子就是一一個(gè)單磁疇；；每個(gè)單磁疇的的奈米微粒成成為一個(gè)永久久磁鐵，具有很高的矯矯頑力。奈米微粒的磁磁性大塊的純鐵矯矯頑力約為80A/m，而當(dāng)顆粒尺寸寸減小到20nm以下時(shí)時(shí)，其矯頑力可增增加1千倍，，若進(jìn)一步減小小其尺寸，約約小於6nm時(shí)，其矯頑力反而而降低到零，，呈現(xiàn)出超順磁磁性。0磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)識(shí)1生物體的磁導(dǎo)導(dǎo)航2奈米磁之應(yīng)用用3奈米磁流體實(shí)實(shí)驗(yàn)磁性奈米粒之之介紹magneticnano-particles1生物體的磁導(dǎo)導(dǎo)航1.1磁感細(xì)菌1.2海龜1.3龍蝦1.4蜜蜂在北半球分離離到的磁性細(xì)細(xì)菌會(huì)向北游游動(dòng)，而在南南半球分離到到的細(xì)菌則會(huì)會(huì)向南游動(dòng)■1.1磁感感細(xì)菌底泥NS底泥NS具有各種形狀狀，通常具有有鞭毛，能夠夠游動(dòng)。對(duì)於氧氣表現(xiàn)現(xiàn)出負(fù)趨性，，也就是會(huì)游游離具高氧氣氣濃度的地方方。■1.1磁感感細(xì)菌■1.1磁感感細(xì)菌NS顯微鏡底下觀觀察，磁感細(xì)細(xì)菌會(huì)受到磁磁鐵的影響聚聚集在水滴邊邊緣。奈米微粒的磁磁性超順磁臨界尺尺寸<粒粒子大小<單磁疇臨臨界尺寸有高矯頑力，，具有強(qiáng)磁性性，而成為永久磁磁鐵。如：磁性細(xì)菌菌■1.1磁感感細(xì)菌磁性細(xì)菌體內(nèi)沿長(zhǎng)條軸軸線排列著大大約20顆細(xì)細(xì)黑粒，每個(gè)細(xì)黑粒是是直徑約50nm的強(qiáng)磁磁性Fe3O4。Fe3O4顆粒在50nm附近恰形形成單磁疇，，有最佳的強(qiáng)磁磁性。生物磁羅盤(pán)綠海龜?shù)纳眢w體和大腦內(nèi)有有十分微小的的鐵磁性晶體體供其萬(wàn)里遷遷徙■1.2海龜■1.2海龜■1.3龍蝦美國(guó)北卡羅來(lái)來(lái)納大學(xué)的KennethJ.Lohmann等人在在幾年前在海海底利用磁線線圈所作的實(shí)實(shí)驗(yàn)顯示龍蝦蝦能在漆黑而而無(wú)水流線索索的海底利用用磁場(chǎng)羅盤(pán)感感走動(dòng)■1.4蜜蜜蜂蜜蜂腹部表皮皮下方的有鐵奈米顆粒，提供長(zhǎng)途飛飛行的導(dǎo)航磁性奈米粒之之介紹magneticnano-particles0磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)識(shí)1生物體的磁導(dǎo)導(dǎo)航2奈米磁之應(yīng)用用3奈米磁磁流體體實(shí)驗(yàn)驗(yàn)2.1奈米磁磁性標(biāo)標(biāo)籤的的應(yīng)用用2.2磁流體體的應(yīng)應(yīng)用2.3自旋電電子磁磁電元元件的的應(yīng)用用2奈奈米磁的的應(yīng)用用利用磁磁性奈奈米顆顆粒偵偵測(cè)分分子或或病源源抗體體的之之檢驗(yàn)驗(yàn)法磁性奈奈米顆顆粒與與抗體體結(jié)合合具高高靈敏敏度自動(dòng)磁磁性分分離測(cè)測(cè)量計(jì)計(jì)2.1奈奈米磁磁性標(biāo)標(biāo)籤的的應(yīng)用用奈米磁磁性球球檢測(cè)測(cè)平臺(tái)臺(tái)病毒磁性球球奈米標(biāo)幟MagneticPlateIncubation靈敏度可可以病病毒的的『顆顆粒數(shù)數(shù)目』』計(jì)算算Science(2003Sep)301:1827,1884ChadMirkinLabNorthwesternUniv以抗體體辨識(shí)識(shí)以PCR放放大磁性球球方便便分離離自動(dòng)磁磁性分分離測(cè)測(cè)量計(jì)計(jì)奈米標(biāo)幟磁性球AgAg1.抗抗原抗體體反應(yīng)應(yīng)NS3.加加入二二級(jí)抗抗體4.發(fā)發(fā)光之之檢測(cè)測(cè)2.磁磁性分分離、、清洗洗是將奈奈米級(jí)級(jí)粒徑徑的磁磁性顆顆粒(NanomagneticParticles)經(jīng)表表面活活性劑劑處理理後，，安定定分散散於水水或有有機(jī)溶溶媒中中，而而製備備之懸將磁性流體置於磁場(chǎng)中，由於磁場(chǎng)之作用，懸浮液中之磁性顆粒即往強(qiáng)磁場(chǎng)方向移動(dòng)，同時(shí)亦帶動(dòng)溶媒分子一起移動(dòng)2.2磁磁流作潤(rùn)滑滑劑：：磁性流流體如如同固固體可可耐重重及高高壓，，可作作高真真空之之封阻阻元件件；亦亦可作作潤(rùn)滑滑劑，，如在在各種種機(jī)械械的固固定部部與運(yùn)運(yùn)動(dòng)部部之間間隙中中注入入油基基磁性性流體體，則則因其其具磁磁性的的關(guān)係係不會(huì)會(huì)洩漏漏，且且可保保持在在間隙隙中，，因此此可克克服傳傳統(tǒng)潤(rùn)潤(rùn)滑劑劑的缺缺點(diǎn)利用加加熱冷冷卻產(chǎn)產(chǎn)生磁磁力熱熱循環(huán)環(huán)：2.2磁磁流流體的的應(yīng)用用做為局局部醫(yī)醫(yī)療用用途：：將藥物物混入入對(duì)生生物體體無(wú)影影響的的溶媒媒基磁磁性流流體中中，利利用磁磁場(chǎng)控控制藥藥物的的位置置及方方向應(yīng)用於於太空空：例如太太空衣衣的可可動(dòng)部部位須須保持持密閉閉狀態(tài)態(tài)而又又能平平順的的移動(dòng)動(dòng)，若若在衣衣領(lǐng)部部位注注入磁磁性流流體就就有這這種功功能2.2磁磁流流體的的應(yīng)用用2003年年內(nèi)開(kāi)開(kāi)始銷(xiāo)銷(xiāo)售新新款跑跑車(chē)『『凱凱迪拉拉克XLR』。。為了提提高行行駛性性能，，在減減震器器中采采用了了通過(guò)過(guò)在磁磁場(chǎng)中中粘性性發(fā)生生變化化的磁磁性流流體來(lái)來(lái)控制制衰減減力的的『MagneticRideControl』。。同時(shí)時(shí)配2.2磁磁流流體的的應(yīng)用用磁隨機(jī)機(jī)記憶憶體(MRAM)利用巨巨磁阻阻效應(yīng)應(yīng)在不2.Motorola製製造容容量4MbitMRAM(MagnetoresistiveRandomAccessMemory0磁學(xué)基基礎(chǔ)知知識(shí)1生物體體的磁磁導(dǎo)航航2奈米磁磁之應(yīng)應(yīng)用3奈米磁磁流體體實(shí)驗(yàn)驗(yàn)磁性奈奈米粒粒之介介紹magneticnano-particles3.奈奈米米磁流流體(MagneticFluid)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)如何何製製備備？？3.1材材料料3.2步步驟驟3.1材材料料1MFeCl3in2MHCl2MFeCl2in2MHCl（新鮮配配製）1.0MNH3inwater25%tetramethylammoniumhydroxideinwater3.2步步驟驟1.將4.0mLof1MFeCl3及1.0mLof2MFeCl2的溶液加加入100mL的燒杯中中，放置置於電磁磁攪伴器器上攪伴伴2.將50mL1.0M的NH3的溶液用用滴定管管於5分鐘內(nèi)緩緩緩加入入燒杯中中3.滴定定完後將將電磁攪攪伴器關(guān)關(guān)閉，取取出攪拌拌棒4.待其其沉澱後後將上清清液倒掉掉，留下下固態(tài)的的沉澱物物5.將固固態(tài)的沉沉澱物倒倒入秤量量盒中，，已洗滌滌瓶沖洗洗燒杯中中的殘留留物6.待其其沉澱後後將上清清液倒掉掉，再加加入水以以玻棒攪攪拌後將將上清液液倒掉重重複數(shù)次次3.2步步驟驟7.加入入1-2mL25%的的tetramethylammoniumhydroxi