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.

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1 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

2 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

3 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。

4 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):

5 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。

6 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)]V ∴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/ /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/ /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%

7 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。

8 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。

9 貳.技術、策略簡圖

10 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

11 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

12 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。

13 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

14 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

15 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： 【4】ｙoutube（２００８）Fun with Ferrofluid，取自： 【5】ｙoutube（２００８）Ferrofluid，取自： 【6】維基百科（２００８）鐵磁流體，取自： 【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。

16 肆.參考文獻 【11】攻克癌症：科學家實現“非侵入”體內溫度測定
【12】人體內有無聲之火 針插屍體能產生火焰 【13】高温与我们的身体 【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