Classes préparatoires scientifiques CPE Lyon TIPE 2011 LES FERROFLUIDES

Transcription

1 Classes préparatoires scientifiques CPE Lyon TIPE 2011 LES FERROFLUIDES Auteurs : Granet Estelle Levanier Léa Sarrazin Maxime Simon Laurianne Professeur encadrant : Jung Michaël

2 PRÉSENTATION: Problématique: Le mouvement des ferrofluides et leur application à la médecine Plan: I) L expérience Protocole Résultats et commentaires II) La théorie Composition Stabilité Propriétés Champ magnétique: paramètres et conséquences sur le fluide III) L application médicale Application: IRM Application: Hyperthermie magnétique

3 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)

4 L EXPÉRIENCE Quelques images de la synthèse des ferrofluides: ajout de 9mL de NH3 ajout de 15mL de NH3 ajout de 25mL de NH3

5 L EXPÉRIENCE Aimant de disque dur Décantation Ferrofluide sans la phase aqueuse

6 L EXPÉRIENCE

7 L EXPÉRIENCE Résultats et commentaires: Obtention d un liquide du même aspect que le ferrofluide Inactivité sous l effet de l aimant trop peu puissant? 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)

8 LA THÉORIE

9 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

10 LA THÉORIE Stabilité : les forces Le mouvement Brownien : Le surfactant Séparation générale Interaction dipolaire Force de Van Der Waals : Cohésion générale

11 LA THÉORIE Stabilisation grâce au tensioactif: Principe d action: Solvant polaire Solvant apolaire Agent de solubilisation

12 LA THÉORIE Propriétés magnétiques: Aimantation lors de: l absence de champ magnétique la présence de champ magnétique Différents types de particules: Ferromagnétiques Ferrimagnétiques Superparamagnétiques

13 LA THÉORIE

14 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.

15 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

16 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

17 LA MÉDECINE

18 LA MÉDECINE Utilisation des ferrofluides en IRM Principe de fonctionnement de l Imagerie par Résonance Magnétique Des valeurs de références: Graisse 240ms Substance blanche 680ms Muscle 730ms Substance grise 809ms

19 LA MÉDECINE Importance de l agent de contraste Le paramagnétisme Utilité des ferrofluides: Iron Oxyde NanoParticles

20 LA MÉDECINE Application en cancérologie: Utilisation de nanotubes de carbone

21 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

22 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.

23 CONCLUSION Propriétés magnétiques Particules magnétiques Champ B

24 CONCLUSION Médecine Autres - IRM - Hyperthermie magnétique - Joints - Enceintes sonores - Impression de billets - Amortisseurs de voitures