磁流體之動態研究及應用 科大端指導教授：黃宏欣 高職端指導老師：曾偉智 研究生：廖逸淳、鍾傑名 朱致彤、鄭冠澤、簡佑霖

目錄 實驗過程之--四三酸化鐵溶液……………03 磁流體製作簡介……………………………04 引導實驗……………………………………08 技術、策略簡圖……………………………09 數學模型……………………………………10 冷次定律公式………………………………12 研究數據……………………………………13 文獻…………………………………………15

壹.實驗過程之 四三酸化鐵溶液 本組使用之磁化物品為四三酸化鐵， 利用四三酸化鐵磁化後，在融入液體當中， 產生磁流體，磁流體本身成黑色， 壹.實驗過程之 四三酸化鐵溶液 本組使用之磁化物品為四三酸化鐵， 利用四三酸化鐵磁化後，在融入液體當中， 產生磁流體，磁流體本身成黑色， 當磁流體在經過導引時，本身會被磁化， 也因此，本組利用冷次定律， 可以找出該流體之大概 位置進行下一步動作。

壹.磁流體製作簡介 （1）、將4.0 mL of 1M FeCl3及 1.0mL of 2M FeCl2 的溶液加入250mL的燒杯中，放置於電磁攪拌器上攪拌。 （2）、將50 mL 1.0M的 NH4OH溶液用滴定管於五分鐘內（經由計算 約每秒三滴共0.15mL）緩緩加入燒杯中。 （3）、滴定完後將電磁攪拌器關閉，取出攪拌棒。 （4）、待其沉澱後將上澄液倒掉，留下固態的沉澱物Fe(OH)3。 （5）、以去離子水洗滌固態的沉澱物，待其沉澱後再將上澄液倒掉 重複數次（固定每次用50mL的去離子水洗滌二次）。 （6）、將入1~2 mL 的界面活性劑 用玻棒攪拌均勻後，將強力磁鐵 放置於燒杯下方(吸住磁流體)，將燒杯中漆黑多餘的液體倒掉，重複數次（約重複三次後發現磁性會減弱）。 （7）、重複數次直到鐵磁流體形成尖形凸出物。 （8）、成品(磁鐵放置於燒杯中央):

壹.磁流體製作一 二、藥品 (ㄧ)、FeCl3(氯化鐵)、FeCl2(氯化亞鐵)、HCl(鹽酸)、NH4OH（氨水） (二)、十八烯酸(25%、 50% 、100%)、氫氧化四甲基銨(25%)、檸檬酸(25%、 45%、55%) 1、界面活性劑（用來改善磁流體絮凝團聚現象）： (1) 氫氧化四甲基銨(TMAH)： tetramethylammonium hydroxide(TMAH)物質安全資料表及相關研究報告記載此物質為一無色至微黃液體、 具有類似銨類（Amine）氣味；極易溶於水中；比重為1.02g/cm3（20℃）；沸點為102~110℃（依濃度不同，1atm）； 蒸氣壓為17.5~18mmHg（20℃）；蒸氣密度為3.4（air=1）；PH值大於13。 而其主要的健康危害分成兩部份，第一部份是OH-基，其特性為強鹼與腐蝕性， 健康危害效應為造成皮膚及黏膜組織灼傷；第二部份是TMA+基，其特性為類似毒螺類神經毒素， 健康危害效應為抑制呼吸肌肉群，造成呼吸肌肉停止，心跳減緩，嚴重者導致腦部缺氧死亡。 故吸入、食入或皮膚大面積與TMAH接觸時，在15~30分鐘內產生急性中毒，甚至呼吸停止死亡； 人類口服可能致死劑量：25%TMAH 0.8~4cc，2.38% TMAH 8.4~42cc。 (2)檸檬酸： 檸檬酸是一種酸，廣泛分佈於植物如檸檬、菠蘿、醋栗、覆盆子和葡萄汁等中。 水合物：100℃時融解，密度1.542g/cm3(18℃)；無水物：無色晶體或粉末，熔點153℃， 有強酸味。溶於水、乙醇和乙醚。可從植物原料中提取，也可由糖進行檸檬酸發酵制得。 用於製造藥物、汽水、糖果等，也可用於金屬清潔劑、媒染劑等。 是三羧酸循環的重要組成部分。

壹.磁流體製作一 (ㄧ)、前置作業 1、將 12M HCl(濃鹽酸) 稀釋成 2M HCl(稀鹽酸) 200 mL M1V1＝M2V2 → 2200＝12[濃HCl(aq)]V2 ∴V2 ＝33.33 mL 取33.33 mL 的濃HCl (aq) ，加去離子水 "至" 200 mL 2、配製1M FeCl3(氯化鐵) in 2M HCl(稀鹽酸) 160 mL (葯品為FeCl3‧6H2O ) MW＝270.30 1＝ W/270.30 1000/160 ∴W＝43.25g 取43.25g 的FeCl3‧6H2O，加 2M HCl(稀鹽酸) "至" 160 mL(aq) 3、配製1M NH4OH[氨水NH4(aq)] 1000 mL M1V1＝M2V2 → 11000＝15 V2 ∴V2 ＝66.67 mL 取6.67 mL 的濃氨水，加去離子水 "至" 1000 mL 4、配製2MFeCl2(氯化亞鐵) in 2M HCl(稀鹽酸)40 mL---必須新鮮配置， (葯品為FeCl2‧nH2O ) MW＝126.75 2＝W/126.75 1000/40 ∴W＝2.35g 取2.35g的FeCl2‧nH2O，加 2M HCl(稀鹽酸) "至" 40 mL(aq) 三、磁性大小之比較： (一)、界面活性劑（濃皆為25%）：TMAH＞檸檬酸＞油酸 。 (二)、同一種類界面活性劑（檸檬酸），不同濃度：55%＞45%＞25% 。 (三)、同一種類界面活性劑（油酸），不同濃度：100%＞55%＞25% 。 (四)、不同種類、不同濃度的界面活性劑： TMAH 25% ＞檸檬酸 55%＞檸檬酸 45%＞油酸 100%＞油酸55%＞油酸25%

壹.磁顆粒製作方法二 1.先在塑膠管中滴入數滴氯化亞鐵，再滴入2ml的氨水，蓋上蓋子，搖數下。 2.觀察交互作用的變化---會出現粒徑約25nm的黑色鐵磁性顆粒。

貳.引導實驗 本組使用三相旋轉磁場來做引導，此實驗發現，施予磁力給磁顆粒時，磁顆粒會朝旋轉磁場方向所運動(繞燒杯往外旋轉而不能集中)，為了要讓磁顆粒集中，將三相旋轉磁場改為單項，使用電生磁的方式做引導，此實驗改善了三相旋轉磁場之缺點。

貳.技術、策略簡圖

貳.數學模型 (1)磁滯損的公式:Ph = KhBmfG B為最大磁通密度，G為鐵心重量，K為磁滯係數，f為頻率 K是由鐵心材料而定，F為電樞電流的交流頻率與轉速成正比,因K B G為定數 所以，磁滯損與頻率成正比，又因為頻率與轉速成正比，所以，磁滯損與轉速成正比 (2)渦流損的公式 P＝Kt²B²f²G K是由鐵心材料而定，K為渦流係數，B為最大磁通密度，t為鐵心厚度，G為鐵心重量，f為頻率 渦流損與鐵心厚度成平方正比，所以鐵心大都採用絕緣薄矽鋼片所疊成

貳.數學模型 (3) V/F =C => V = F C V為電壓，F為頻率，C為定值 在D/A轉換器(數位/類比轉換器)傳入變頻器時，為了改變頻率，所以它是利用 V/F =C的公式，改變電壓V，因為，V變大或變小，C又為一定值，所以頻率也會跟著改變，所以，藉此來達到改變頻率的效果

叁.冷次定律公式 當一磁鐵棒，N極磁場進入一線圈，而線圈前部分也會產生一N極磁場反抗，當磁鐵棒，N極離開線圈時，線圈會產生一吸引力S極。

叁.研究過程 當磁流體磁化後，將磁化磁流體，再磁圈內攪拌，將磁圈接至數位三用電錶中，將電表轉至200mV測量(如果轉太高，將測不到其數據)。 使用1.0mm線徑之 線圈測量 如圖所示

叁.研究數據 此實驗所做出之數據表示，當四三酸化鐵溶液或是其他磁流體中所含的鐵質成分越多，所做出來的數據愈大，本實驗以100g為單位。使用200mV檔位側量。 鐵 質 量 伏特量 100g 200g 300g 200mV 0.1~0.2 0.5~0.8 0.8~1.4

肆.參考文獻 【1】汪永文、劉啟欣（２００８）職業學校電工機械Ｉ。 【2】汪永文、劉啟欣（２００８） 職業學校電工機械ＩＩ。 【3】奇摩知識＋（２００８）請問有沒有甚麼液體是磁鐵可以吸住的？取自：http://tw.knowledge.yahoo.com/question/?qid=1508010201459 【4】ｙoutube（２００８）Fun with Ferrofluid，取自： http://www.youtube.com/watch?v=I5Ti6PeGdNQ&feature=related 【5】ｙoutube（２００８）Ferrofluid，取自：http://www.youtube.com/watch?v=UEAgnuqt26Q&feature=related 【6】維基百科（２００８）鐵磁流體，取自： http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=%E9%93%81%E7%A3%81%E6%B5%81%E4%BD%93&variant=zh-tw#.E5.B8.B8.E7.94.A8.E9.90.B5.E7.A3.81.E6.B5.81.E9.AB.94.E8.A1.A8.E9.9D.A2.E6.B4.BB.E6.80.A7.E5.8A.91 【7】 双象，”三菱可程式控制器FX2N類比模組”，文笙出版，2004。 【8】 廖家祥，”模糊控制應用於撕膜機之撕膜穩定研究”，逢甲大學資訊電機 工程碩士在職專班碩士論文，2007。 【9】范士論文，2001兆龍，”殺菌設備監控系統之建立與功能提昇”，國立屏東科技大學食品科學系碩。 【10】台達電子，高性能/簡易型交流馬達驅動器 VFD-S 系列手冊，2003。

肆.參考文獻 【11】攻克癌症：科學家實現“非侵入”體內溫度測定 http://scitech.people.com.cn/BIG5/8195694.html 【12】人體內有無聲之火 針插屍體能產生火焰 http://www.stnn.cc:82/reveal/200707/t20070726_584519.html 【13】高温与我们的身体 http://lnb.gansudaily.com.cn/system/2007/08/17/010444623.shtml 【14】簡易奈米磁顆粒製作 取自大同國小科展”奈米鐵磁性顆粒DIY” 指導老師：何夏枝、曾秀玉、朱柏州、蕭勳鍾