O que são ferrofluidos? (e seus 7 aplicativos) - Médico - 2023

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O conceito de "ferro que flui" parece um paradoxo completo. E estamos tão acostumados com o fato de que as substâncias férricas são extremamente sólidas, que ver substâncias formadas por metais que podem se comportar quase como plasticina nos afeta muito.

E, nesse sentido, os ferrofluidos são compostos que, por suas características, têm inundado redes sociais como o YouTube, desde pode assumir formas hipnóticas que parecem algo saído de uma criatura alienígena.

Inventado em 1963 por Stephen Papell, engenheiro escocês, com o objetivo de produzir um líquido de propulsão para foguetes que suportasse as condições de ausência de gravidade, ferrofluidos com compostos férricos que, na presença de um ímã, se desenvolvem altamente variados, como espinhos.

Mas o que são ferrofluidos? Por que eles são ativados na presença de um ímã? Eles são líquidos ou sólidos? Eles têm alguma aplicação prática? No artigo de hoje, responderemos a essas e muitas outras perguntas sobre os incríveis ferrofluidos.

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O que são ferrofluidos?

Ferrofluidos são substâncias sintéticas compostas por nanopartículas paramagnéticas que são cobertas por uma camada de material surfactante e dissolvidas em uma solução à base de água.. Muitos nomes estranhos, sim, mas vamos entendê-los um por um.

Em primeiro lugar, o fato de ser uma substância sintética implica que foi criada pela mão humana. Ferrofluidos não existem na natureza, tivemos que projetá-los e fabricá-los. Como já dissemos, foram sintetizados pela primeira vez em 1963, mas depois (e graças ao seu aperfeiçoamento), começaram a ser comercializados.

Em segundo lugar, vamos entender o que isso significa que eles são feitos de nanopartículas. São partículas com tamanho entre 1 e 100 nanômetros (eles são, em média, 10 nm), o que é um bilionésimo de um metro. Portanto, em um ferrofluido temos partículas sólidas de diferentes elementos metálicos (geralmente magnetita ou hematita), mas estes foram convertidos em objetos microscópicos. Se eles não fossem de tamanho nano, o ferrofluido não poderia existir.

Terceiro, vamos entender isso de paramagnético. Como podemos adivinhar por este nome, os ferrofluidos estão intimamente ligados ao magnetismo. Nesse sentido, as nanopartículas metálicas que mencionamos, sob a influência de um campo magnético (ou seja, um ímã), apresentam o que se chama de ordenação magnética, portanto essas partículas estão alinhadas na mesma direção e sentido, daí que o típico "espinhos" são formados.

Em certos lugares, os ferrofluidos podem ser ouvidos como substâncias ferromagnéticas. Mas isso, apesar de ser o mais óbvio, não é totalmente verdade. Para serem compostos ferromagnéticos, teriam que manter essa magnetização quando não houvesse mais nenhuma influência do ímã. Mas a graça dos ferrofluidos é precisamente isso quando removemos o ímã, eles recuperam sua forma confusa inicial.

Nesse sentido, os ferrofluidos são tecnicamente substâncias paramagnéticas, pois embora sejam muito suscetíveis a pequenas forças magnéticas (daí falamos de substâncias superparamagnéticas), assim que desaparecem, as nanopartículas deixam de ser ordenadas e voltam ao seu estado. Organização irregular. O paramagnetismo também implica que quanto mais alta a temperatura, menor a força magnética.

Quarto, falamos sobre nanopartículas sendo cobertas por uma superfície surfactante, mas o que isso significa? Sem ir muito fundo, uma vez que o assunto é complexo, um surfactante é qualquer substância (geralmente ácido oleico, lecitina de soja ou ácido cítrico) que é adicionado ao ferrofluido para evitar que as nanopartículas se aglutinem demais quando o campo magnético atinge.

Ou seja, o surfactante é aquele composto que impede as nanopartículas de formarem uma estrutura regular e uniforme, mas sem permitir que elas se unam muito, pois perderiam a aparência de um fluido. Afasta-os um do outro apenas o suficiente para que fiquem ligados, mas não juntos (eles não se aglomeram, não importa quão intenso seja o campo magnético que os afeta), o que é obtido pela geração de tensão superficial entre eles.

E em quinto e último lugar, dissemos que todos os compostos acima são dissolvidos em uma solução aquosa. E assim é. A parte “fluida” do conceito de “ferrofluido” é graças à água. E é que além de ser o meio onde se diluem as nanopartículas metálicas e o surfactante, a água contribui enormemente para a sua natureza.

E é que Forças de van der Waals presentes na água impedem que nanopartículas metálicas passem pela substância e atire em direção ao ímã. Em outras palavras, na fronteira entre a água e o ar, desenvolvem-se forças (van der Waals) que impedem que as nanopartículas passem pela solução.

Em resumo, ferrofluidos são nanopartículas suspensas em um fluido à base de água e compostos surfactantes, nos quais diferentes forças estão em equilíbrio: paramagnetismo (ordena as nanopartículas sob a influência de um ímã, mas o estado inicial irregular é recuperado quando o campo magnético desaparece), gravidade (puxa tudo para baixo), propriedades do surfactante (evita que as nanopartículas se aglutinem) e van der Waals (as nanopartículas não podem romper a superfície da água).

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Quais são os usos dos ferrofluidos?

Ao olhar para os ferrofluidos, pode parecer que, além de apenas "brincar" com eles e ver como eles assumem formas incrivelmente variadas e hipnóticas, eles não têm muitas aplicações. Nada poderia estar mais longe da verdade. Desde sua invenção, os ferrofluidos tiveram muitos usos. E, da mesma forma, está sendo investigado para encontrar novos. A seguir mostramos as principais aplicações que, após consultar diferentes fontes de especialistas, conseguimos resgatar.

1. Na medicina

Atualmente, os ferrofluidos têm grande importância na área da Medicina. E é que os ferrofluidos biocompatíveis foram concebidos, ou seja, podem ser introduzidos no corpo e assimilados sem causar complicações no organismo.

Nesse sentido, os ferrofluidos médicos são utilizados como composto presente em agentes de contraste, substâncias que são ingeridas (ou injetadas) antes de realizar uma técnica de diagnóstico por imagem para obter fotografias de maior qualidade.

Esses ferrofluidos, então, são agentes de contraste interessantes na ressonância magnética, que baseia seu funcionamento nas propriedades do magnetismo e é peça fundamental na detecção de muitas doenças (inclusive câncer). A forma como os ferrofluidos reagem ao campo magnético (e a velocidade com que retorna ao seu estado inicial) ajudam a melhorar a qualidade da imagem obtida.

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2. Na música

Desde sua invenção, ferrofluidos têm sido usados para fazer alto-falantes. E é que graças às suas propriedades, ajudam a dissipar o calor dentro da bobina. Essa bobina produz muito calor e o que nos interessa é conduzir essa temperatura quente para o elemento de dissipação térmica que o alto-falante possui.

E é aí que entra o ferrofluido. E é que, como já dissemos, essas substâncias, sendo paramagnéticas, têm um magnetismo menor à medida que você aumenta a temperatura. Dessa forma, se você colocar o ferrofluido entre um ímã e a bobina, poderá conduzir o calor.

Mas como? Assim que a bobina começar a funcionar, a parte do ferrofluido que está em contato com ela ficará mais quente, enquanto a do ímã ficará mais fria. Portanto, assim que o campo magnético for ativado, o ímã atrairá o ferrofluido frio com mais força do que o quente (quanto menor a temperatura, maior a força magnética), estimulando assim o fluido quente a ir para o elemento de dissipação de calor. Quando ativado (não é necessário quando o alto-falante está desligado), o adquire um formato de cone que é ideal para dissipar o calor da bobina.

3. Em engenharia mecânica

Ao projetar equipamentos industriais, os ferrofluidos são de grande interesse. E é por causa de suas propriedades, são muito úteis para reduzir o atrito que acontece entre os componentes dessas equipes. Assim que um ímã de alta potência é atingido, eles permitem que as estruturas mecânicas deslizem sobre eles praticamente sem atrito (o ferrofluido quase não exerce resistência), mantendo sua funcionalidade intacta.

4. Em engenharia aeroespacial

Teoricamente inventados para isso, os ferrofluidos são de grande interesse na engenharia aeroespacial. Por causa de suas propriedades magnéticas e mecânicas, os ferrofluidos podem ser usados para modificar a rotação de veículos espaciais em condições de ausência de gravidade. Da mesma forma, seu uso como propelente em pequenos satélites está sendo investigado, já que os jatos de nanopartículas magnéticas poderia ajudar a manter a propulsão após deixar a órbita terrestre.

5. Na indústria de papel

O uso de ferrofluidos em tintas está sendo experimentado com. E é que eles podem oferecer enorme eficiência de impressão. Na verdade, uma empresa japonesa já inventou uma impressora que usa tinta de ferrofluido.

6. Em medição

Ferrofluidos têm propriedades refrativas poderosas. Ou seja, a luz muda de direção e velocidade à medida que passa por eles. Isso os torna de grande interesse no campo da óptica, especialmente quando se trata de analisar a viscosidade de soluções.

7. Na indústria automotiva

Alguns sistemas de suspensão já usam ferrofluidos como fluido de amortecimento em vez do óleo convencional. Deste modo, permitir que as condições de amortecimento sejam variadas dependendo das preferências do motorista ou da quantidade de peso que o veículo está carregando.