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磁流体

高一化学研究性学习成果展示

班  级

高一(2

班主任

周霄汉

主题名称

磁流体

课题名称

磁流体

小组成员

曹思齐、蒋博文、薛旻皓

    

曹思齐

指导教师

张中

选择本课题

的主要原因

磁流体同时具有磁体的顺磁性和流体的流动性,现代科技能够通

过磁流体完成许多目前不能实现的技术,如油水分离,受控热核

反应等,本课题的目的在于帮助我们了解磁流体的特殊性质和具

体应用

对本课题相关

问题的初步想法

通过资料研究磁流体的特性,并提出初步制备方法。

通过查找资料了解磁流体制备方法,并修改原有方案。

通过相关实验验证方法可行性,并进一步修改方案。

通过对比寻找最佳方案,进行成果展示。

总结、研讨各方案优缺点。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

主题名称

磁流体

班  级

高一(2)班

课题名称

磁流体

指导教师

张中

小组成员

曹思齐、薛旻皓、蒋博文

组   长

曹思齐

研究背景:(课题立论依据)

 

磁流体同时具有磁体的顺磁性和流体的流动性,现代科技能够通过磁流体完成许多目前

不能实现的技术,如油水分离,受控热核反应等,可应用于环境保护,能源开发和科学

研究等多个领域。

研究目标:(课题研究的目的与意义)

 

成功用共沉淀法制备出铁磁流体

探究磁流体的特性

测试不同的载液对效果的影响

做出实验评价以及制定进一步的实验计划

研究内容、拟解决的关键问题及创新之处:

 

内容:1.了解磁流体的具体性质

      2.成功制备磁流体

      3.检验磁流体的性质

      4.思考磁流体的应用领域

研究方法、条件及可能遇到的困难与对策: 

 

研究方法:1.查阅资料,寻找条件合适的制备方法

          2.通过总结实验中的问题加以改进

          3.自己通过已学的知识对现象进行解释

研究小组成员分工

  

在 组 内 的 分 工 情 况

蒋博文

后期视频、PPT制作与修改、录制视频

曹思齐

收集并整理资料、写研究论文、实验探究

薛旻皓

实验探究、PPT制作

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

研究的预期进展

研究阶段

时间安排(周次)

活动的主要内容及目标

课题生成与小组建立

第七周

确定主题和成员名单

形成小组研究方案

第七周

思考研究方案

开题论证与交流

第七周

集思广益、完善方案

研究方案的实施

第八周开始

调查收集各种资料、数据,进行实验

中期班级交流

第十五周

展示已有成果,征询修改意见

资料整理与分析

第十六周

整理数据

形成研究成果

第十六周

形成研究成果

成果交流与展示

第二十周

展示最终成果

终期评价与反思

第二十周以后

思索本次研究性学习的不足与长处,为下次研究性学习做准备

研究成果的呈现方式:(论文、调研报告、实验报告、制作模型、图片、网页、视频资料等)

ppt、视频、论文

   

磁流体的化学制备方法的探究(包括问题及解决方案)

课题小组成员

曹思齐、蒋博文、薛旻皓

   

张中

 

 

本报告执笔者

曹思齐

论文摘要:(可另译成英文稿)

1.磁流体介绍

2.磁流体的具体制备方法

3.制备中遇到的主要问题

4.问题的解决方案

5.磁流体的应用前景

关键词:磁流体

参考书目:百度百科、维基百科

研究心得:

1.在实际的化学实验中,有时需要考虑实际的情况,未必需要严格按照计算所得的数据称量药品,而需要考虑到实际的药品损耗(如氧化、水解等因素),因此往往某些易水解、氧化的药品(如本实验中的硫酸亚铁),在量取是就需要稍过量

2.要注意必要的反应条件(如加热,搅拌、pH),如本次实验中因为在沉淀时pH未达到理论值就停止了反应,导致了实验的失败

3.在用共沉淀法制取磁流体时,需要的时间较多,需要耐心等待,如果因为时间不足而过早的停止实验或忽略某个实验步骤,就会导致生成物无法达到预期的效果,从而使整个实验失败

 

指导教师意见:

本课题使学生有充分的动手能力,选题紧跟科技前沿,充分锻炼学生的科学精神,动手能力和创新精神。

继续完善和研究,在这方面可以有更大的探索空间。

 

 

 

 

 

指导教师签字:张中

                          2015 年2 月 5

研究论文(报告)正文:(誊印或粘贴)

一、磁流体介绍

磁流体,又称磁性液体、铁磁流体或磁液,是一种新型的功能材料,它既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性。是由直径为纳米量级(10纳米以下)的磁性固体颗粒、基载液(也叫媒体)以及界面活性剂三者混合而成的一种稳定的胶状液体。该流体在静态时无磁性吸引力,当外加磁场作用时,才表现出磁性,正因如此,它才在实际中有着广泛的应用,在理论上具有很高的学术价值。用纳米金属及合金粉末生产的磁流体性能优异,可广泛应用于各种苛刻条件的磁性流体密封、减震、医疗器械、声音调节、光显示、磁流体选矿等领域。

磁流体作为一种特殊的功能材料,是把纳米数量级(10纳米左右)的磁性粒子包裹一层长链的表面活性剂,均匀的分散在基液中形成的一种均匀稳定的胶体溶液。磁流体由纳米磁性颗粒、基液和表面活性剂组成。

二、磁流体制作过程

制作过程一般是用磁性颗粒,以水、有机溶剂、油等作为基液,以油酸等作为活性剂防止团聚。由于磁流体具有液体的流动性和固体的磁性,使得磁流体呈现出许多特殊的磁、光、电现象,如法拉第效应、双折射效应和线二向色性等。这些性质在光调制、光开关、光隔离器和传感器等领域有着重要的应用前景。

在这次研究性学习具体的实验过程中,所用的方法是共沉淀法,是将铁离子与亚铁离子按比例混合,然后使其在碱性环境下共沉淀,由此种方法制出的磁流体颗粒较小,能达到较好的实验效果。

实验步骤主要为:

       将硫酸亚铁和氯化铁配成溶液,然后将两种溶液按 Fe2 Fe3  1 混合

           配成混合溶液之后,将已配好的NaOH溶液加入滴定管中,调整滴加速率并不断测

             pH值,pH达到8时停止滴定

        用永磁体吸附沉淀,倒出上层清液,留取下层胶体

        取出下层胶体,加入表面活性剂(食用油)加热之沸腾,制得磁流体

        从活性剂中取出,加入水中

三、磁流体制作问题与解决方案

    实验中,通过共沉淀的方法,确实制得了黑色浊液,但是颗粒较大,导致测试时的效果与理想情况有一定差距,初步推测导致此结果的可能原因有:

       试剂取用量严格按照计算结果取用,未考虑亚铁离子在溶液中的氧化与水解,导致

         产率偏低

        2 pH值过低即停止反应,理想生成物无法产生,导致实验失败

        沉淀时未加热,导致反应无法发生,影响产率

        活化时未加热,导致活化失败,导致无法从油相移到水相

 

    而对于上述问题,,我们也制定了各自的解决方案,主要有以下几点:

       在称量时硫酸亚铁稍过量,考虑亚铁盐因氧化或水解所造成的损耗

        在沉淀时加大碱液的量,使反应物完全沉淀,同时防止生成物再次发生反应

        在沉淀时使用加热装置,使反应正常发生

        在活化时加热至沸腾,使活性剂与颗粒更好的结合

 

    之后通过再次实验,尽量解决了上述问题,但是经过提纯之后,测试的结果任然无法达到理想状态,由此推测出导致结果的原因:

           搅拌速度太低,导致局部pH过高而使胶体无法生成而产生沉淀

                           碱液的浓度过高,使沉淀过快,导致无法形成胶体而生成块状沉淀

                           所用磁铁的磁性太弱

                           所用的表面活性剂未能与微粒很好地结合

 

之后选用了磁性更强的磁体后发现结果任然无法达到预期结果,证明了导致原因不是磁体磁性强弱问题,而是实验过程中存在问题。

 

四、研究磁流体的意义及价值

因为磁流体是由纳米级颗粒所构成的分散系,所以在液体中能够表现出很好的流动性。同时磁流体还具有许多特殊性质,如超顺磁性、磁光效应、磁热效应等。

其中,最明显的性质就是超顺磁性,其在磁场中的磁化强度随磁场强度的增大而上升,而且无磁滞现象,使得通过外加磁场调控磁流体的流动成为可能。正因为磁流体具有许多特殊性质,磁流体在机械、工程、化工、医药等多个领域都有广泛的应用,能够用于密封、研磨、矿物分离、传感器、润滑、印刷、医疗以及油水分离,而利用油水分离的方法,也可以用于减轻由于石油泄漏所造成的水体污染。

 

四、学习总结        

    通过这次实验,我们获得了一些实用的化学实验技能和实验中的注意事项,同时也自己归纳出了一些实验技巧,对于我们今后对化学学科的学习有很大帮助。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

课题名称

磁流体的制备

班  级

高一(2)

所属主题

磁流体的制备

指导教师

张中

小组成员

薛旻皓、曹思齐、蒋博文

组 长

曹思齐

在组内或全班进行展示汇报的方式

(口头陈述、实物展示、多媒体演示等)

PPT、视频、实验成品

展示汇报活

动组内分工

    

      

曹思齐

实验设计和操作,论文

薛旻皓

实验操作

蒋博文

摄像、PPT制作、视频剪辑

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

在组内或全班进行展示汇报的提纲或步骤

实物成

果统计

 

名称

内容说明

作者

磁流体

纳米级磁性液体

曹思齐、薛旻皓

PPT

包括图片、实验过程及论文

蒋博文

视频

实验基本过程

蒋博文、薛旻皓

 

 

 

原始材

料统计

活动记录表_8_份    访谈表_0_份    实验记录表_0_份

交流记录表_0_份    调查表_0_份     其它材料  0  

小组、个人典型成果、图片等相关资料:(记录或粘贴)

 

发布时间:2015-03-30  作者:   摄影:  点击率:

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