Verkapselung magnetischer Nanopartikel als stabile Ferrofluide sowie Charakterisierung ihrer Anordnung an Grenzflächen

Abstract

Das Hauptaugenmerk dieser Arbeit lag auf der Herstellung und Charakterisierung magnetisch schaltbarer Kapseln auf Basis stabiler Ferrofluide, welche beispielsweise als Schalter oder Ventile eingesetzt werden können. Hierbei bestand das Ziel darin, ein System zu entwickeln, das einen Vergleich zwischen theoretischen Berechnungen und experimentellen Ergebnissen ermöglicht. Hierzu musste zunächst ein geeignetes Verkapselungssystem gefunden werden, das ein langzeitstabiles Ferrofluid, dessen Eigenschaften auch bei Verkapselung konstant bleiben, enthält. Um dies zu erreichen wurden zunächst die Grundbausteine dieser Flüssigkeiten, die magnetischen Nanopartikel, synthetisiert und mittels verschiedener Methoden charakterisiert. Als Polymer für die Kapselherstellung wurde Alginat verwendet. Die Verkapselung erfolgte über zwei unterschiedliche Methoden, der Verkapselung über Emulsionen sowie der im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Direktverkapselung von Öl. Die erhaltenen Kapseln enthielten stabile ölbasierte Ferrofluide und konnten in inhomogenen Magnetfeldern um bis zu 30% deformiert werden. Ein weiterer Teil dieser Arbeit bestand in der Charakterisierung der Eigenschaften der magnetischen Nanopartikeln an Grenzflächen. Zusammenfassend ist festzustellen, dass nach einer ausführlichen Charakterisierung der verwendeten Nanopartikel eine Korrelation zwischen dem Platzbedarf an Grenzflächen und den Bulkeigenschaften hergestellt werden konnte. Weiterhin konnte das Ferrofluidsystem erfolgreich verkapselt werden, wobei Messungen mechanischer und magnetischer Eigenschaften zur Validierung theoretischer Modelle verwendet wurden. Als Resultat konnte eine gute Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment erreicht wurden. Weiterhin wurde ein neuartiges System zur direkten Verkapselung von Ölen in Alginat entwickelt, das großes Anwendungspotential für die Industrie bietet.