Ferrofluides - Nanoparticules superparamagnétiques
Résumé
On sait bien sûr que toute matière présente des propriétés magnétiques, mais les liquides ne peuvent avoir qu'une sensibilité extrêmement faible au champ magnétique. Les liquides sont généralement diamagnétiques car les liaisons moléculaires ne laissent pas d'électrons non appairés. En pratique le champ magnétique n'a pas d'effet macroscopique sensible sur un liquide sauf dans des cas très particulier comme lorsque que l'on dispose d'un aimant capable de produire un champ important avec un gradient très fort. Un ferrofluide n'est donc pas à proprement parler un liquide magnétique mais une dispersion colloïdale de nanoparticules magnétiques dans un liquide porteur. Dans la mesure où les particules sont ferromagnétiques (ou ferrimagnétiques), le fluide est alors sensible à un champ magnétique externe. Son comportement dépend de l'équilibre entre les interactions magnétiques, les forces de Van der Wall (et éventuellement electrostatiques) et la tension superficielle. En raison de la taille nanométrique des particules (autour de 10 nm), l'effet de l'agitation thermique joue un rôle très important dans les propriétés magnétiques des ferrofluides. Les ferrofluides obéissent à la loi du paramagnétisme de Langevin, mais avec une aimantation beaucoup plus sensible au champ que dans un paramagnétique classique puisque c'est non pas un spin qui réagit au champ, mais l'ensemble des spins de chaque particule. On dit alors qu'il est superparamagnétique. Cette combinaison des propriétés rhéologiques des liquides et magnétique des particule, confère au ferrofluides des propriétés et une gamme inédite de comportements macroscopiques sous l'effet d'un champ qui permet des applications originales. Les ferrofluides n'existent pas à l'état naturel, il faut donc les synthétiser. On s'emploiera donc à produire des nanoparticules métalliques (principalement Fe) ou d'oxydes (magnétite) en s'attachant à éviter leur agglomération et la sédimentation pour garantir la stabilité de la suspension colloïdale.