FR2887681A1 - Fluides conducteurs contenant des particules magnetiques micrometriques - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un matériau composite constitué par des particules micrométriques de matériau magnétique A et un liquide conducteur B.Le matériau est caractérisé en ce que le matériau A est choisi parmi les composés magnétiques et les alliages magnétiques, et il est sous forme de particules dont le diamètre moyen est entre 1 et 10 mum, et en ce que le fluide support B est un fluide conducteur choisi parmi les métaux, les alliages métalliques et les sels qui sont liquides aux températures inférieures à la température de Curie du matériau A, ou parmi leurs mélanges.

Description

B0670fr

La présente invention concerne un matériau composite constitué par des particules de matériau magnétique et un liquide conducteur.

Les ferrofluides sont des matériaux liquides constitués par des particules magnétiques en suspension stable dans un liquide support. Ces matériaux ont une conductivité électrique très faible lorsque le liquide support est un liquide ionique, et ils peuvent être isolants lorsque le liquide support est un solvant organique.

Diverses tentatives ont été faites pour conférer un caractère conducteur à des matériaux ferrofluides, en vue d'élargir leur champ d'application. Par exemple, F. E. Luborsky (J. of the Electroch. Soc., Vol. 108, N 12, 1961, pp. 1138-1145) décrit l'introduction de Fe dans le mercure dans une cellule électrochimique dont la cathode est un film de mercure et l'électrolyte est une solution d'un sel de fer. Le but recherché est l'élaboration d'un aimant permanent.

S. W. Charles, et al. [Thermomechanics of magnetic fluide (1975), Hemisph. Publ. Corp. Washington 1978, pp. 27-43] décrit la préparation d'un ferrofluide selon un procédé consistant à introduire Fe par voie électrochimique dans Hg ou dans un amalgame Hg/Sn, à partir d'un électrolyte contenant un sel de Fe. Les particules de Fe formées à la surface de la cathode sont soumises à agitation pour favoriser leur dispersion dans Hg ou dans l'amalgame. Il est constaté que l'addition de Sn à Hg améliore de manière significative la stabilité du système ferrofluide, mais qu'un certain degré d'agglomération des particules de Fe persiste.

Des suspensions de particules de nickel dans un liquide conducteur ont été décrites par I. Ya. Kagan, et al (Magnit- naya Gidrodinamika, Vol. 6, N 3, pp. 155-157, 1970). Ces suspensions ont été préparées en introduisant des particules de nickel ayant une dimension d'environ 50 lm dans un liqui- de métallique, à savoir l'étain, qui est liquide à une température supérieure à 232 C, le bismuth qui est liquide à une température supérieure à 271 C ou un alliage In-Ga-Sn B0670fr désigné par Ingas qui est liquide à une température supérieure à 11 C ou 15,8 C suivant la composition. Selon les auteurs, les suspensions ferrofluides ayant ces compositions pourraient être obtenues par simple mélange des constituants, à cause d'une certaine mouillabilité du nickel par les liquides métalliques concernés, et les densités proches du nickel et desdits liquides métalliques. Un tel procédé n'est cependant pas applicable à l'élaboration d'un ferro-fluide conducteur dans lequel le métal constituant les par- ticules magnétiques et le métal constituant le liquide conducteur présentent entre eux une affinité faible, voire nul-le et la mouillabilité du métal constituant les particules magnétiques par le métal liquide conducteur est faible, voire nulle.

S. Linderoth, et al. (J. Appl. Phys. 68(8), 15/04/1991, pp. 5124-5126) décrivent deux procédés de préparation de ferrofluides à base de mercure. Selon un premier procédé, on prépare des particules mixtes (Fe-Co-B, FeNi-B, Fe-B, Co-B ou Ni-B) en ajoutant goutte à goutte une solution aqueuse de NaBH4 à une solution aqueuse contenant des ions des métaux de transition concernés, puis l'on ajoute du mercure à la suspension aqueuse de particules mixtes obtenues et l'on soumet le mélange à une agitation. Ce premier procédé permet d'obtenir une suspension des particules mixtes précitées dans Hg (à condition que les particules ne soient pas lavées à l'eau distillée avant leur introduction dans Hg lorsqu'il s'agit de particules de Fe-Ni-B, Co-B ou Ni-B). Toutefois, le composé NaBH4 qui est ajouté intervient par sa nature dans la composition chimique du produit final, et le procédé n'est donc pas généralisable à d'autres couples "composé magnétique / liquide conducteur". Selon un second procédé, on dissout du fer métallique dans HC1 concentré, on ajoute HgC12 à la solution, et on ajuste le pH à environ 3 par addition de la quantité appropriée d'une solution aqueuse con- centrée en NaOH, puis on ajoute NaBH4 pour réduire l'ensemble. Dans ce procédé, le fer et le mercure sont générés simultanément par un processus chimique dont on ne contrôle pas l'évolution. Dans le cas général, il n'est pas B0670fr 2887681 3 sûr qu'on ait toujours des particules, on peut former des alliages de composition non maîtrisée. La méthode implique d'avoir des solutions ioniques des métaux considérés, ce qui n'est évidemment pas toujours possible. Enfin, NaBH4 est un bon réducteur mais ne conviendra pas forcément pour tous les métaux.

Il est connu d'utiliser des fluides à propriétés magnétorhéologiques dans les systèmes de transmission viscoélastiques tels que par exemple les amortisseurs, notamment dans les véhicules automobiles, les dispositifs antisismiques, les dispositifs antivibratoires, les tabliers de ponts et les embrayages. Les fluides généralement utilisés sont constitués par des particules magnétiques de tailles microniques dispersées dans des liquides tels que hydrocarbures ou huiles synthétiques de faible volatilité, des huiles de silicone, ou des fluides aqueux pour des applications à faibles élongation avec étanchéité totale. Cependant, ces fluides ne peuvent être utilisés dans les amortisseurs de dispositifs qui sont soumis à des températures élevées, notamment supérieures à 200 C.

Le but de la présente invention est de fournir un matériau apte à servir de fluide magnétorhéologique qui supprime les inconvénients des systèmes de l'art antérieur, à savoir la limite en température.

Dans ce but, la présente invention a pour objet un matériau composite, un procédé pour son élaboration, et son utilisation comme fluide magnétorhéologique.

Le matériau composite selon la présente invention constitué par un fluide support B et des particules de matériau magnétique A. Il est caractérisé en ce que: É le matériau A est choisi parmi les composés magnétiques et les alliages magnétiques, et il est sous forme de particules dont le diamètre moyen est entre 1 et 10 pm; É le fluide support B est un fluide conducteur choisi parmi les métaux, les alliages métalliques et les sels qui sont liquides aux températures inférieures à la température de Curie du matériau A, ou parmi leurs mélanges.

B0670fr 2887681 Un matériau selon la présente invention est compatible avec des températures d'utilisation élevées, il présente une conductivité électrique élevée, ainsi qu'une conductivité thermique élevée qui est favorable à l'évacuation de la chaleur produite par des régimes de fonctionnement très intenses et à haute température. Bien qu'hétérogène, il peut rester stable du fait du bon mouillage de A par B lorsque les densités sont proches.

Comme exemple de matériau magnétique A, on peut citer 10 le fer, le cobalt, le nickel et l'oxyde de fer.

Le matériau A est constitué de préférence par des particules ayant un diamètre moyen dont la distribution de dimension est homogène.

Il peut en outre être constitué par deux lots, les particules de l'un des lots ayant une dimension moyenne différentes de celle des particules de l'autre lot. La dimension moyenne des particules du deuxième lot peut être hors de l'intervalle 1 à 10 pm. Un matériau peut par exemple contenir des particules dont la dimension moyenne est dans l'intervalle 1 à 10 pm, et des particules dont la dimension moyenne est dans l'intervalle 0,5 à quelques millimètres, par exemple de 1 à 2 mm.

Les particules de matériau magnétique peuvent en outre être constituées par un lot d'un premier matériau magnétique A et par un lot d'un second matériau magnétique A' choisi dans le groupe défini pour A. La quantité de particules magnétiques est au plus égale à la valeur de seuil à partir de laquelle la dispersion devient biphasique ou solide.

Dans un mode de réalisation particulier, le matériau composite peut contenir le matériau magnétique, d'une part sous forme de particules Par fluide conducteur électrique, on entend un fluide qui a une résistivité électrique inférieure à environ 1000 ohms par centimètre dans le domaine de température dans lequel l'électrolyse a lieu.

Lorsque le fluide conducteur électrique B est un métal, il peut être choisi parmi les métaux qui sont liquides seuls B0670fr ou sous forme de mélanges de plusieurs d'entre eux à des températures inférieures au point de Curie du matériau magnétique A auquel ils sont associés. A titre d'exemple, on peut citer Hg, Ga, In, Sn, As, Sb, les métaux alcalins, et leurs mélanges.

Lorsque le fluide conducteur électrique B est un alliage métallique fondu, il peut être choisi notamment parmi les alliages In/Ga/As, les alliages Ga/Sn/Zn, les alliages In/Bi, l'alliage de Wood, l'alliage de Newton, l'alliage d'Arcet, l'alliage de Lichtenberg, et l'alliage de Rose. Certains de ces alliages sont disponibles dans le commerce. La composition et la température de fusion de certains d'entre eux sont données ci-après: Composition (% massique) Tf ( C) In 21,5 - Ga 62,5 - Sn 16,0 10,7 In 17,6Ga 69,8 - Sn 12,5 10,8 Ga 82,0 - Sn 12,0 -Zn 6,0 17 In 67 - Bi 33 70 Alliage de Wood: Bi 50 - Pb 25 - Sn 12,5 - Cd 12,5 70 Alliage Newton: Bi 50 - Pb 31,2 - Sn 18,8 97 Alliage d'Arcet: Bi 50, Sn 25 - Pb 25 98 Alliage de Lichtenberg: Bi 50 - Sn 20 - Pb 30 100 Alliage de Rose: Bi 50 - Sn 22 Pb 28 109 Comme exemples de sel pouvant constituer le fluide 25 conducteur B, on peut citer: - les nitrates d'alkylammonium dans lesquels le groupe alkyle comprend de 1 à 18 atomes de carbone, les nitrates de guanidinium, les nitrates d'imidazolium, les nitrates d'imidazolinium, - les chloroaluminates de métal alcalin qui sont liquides à des températures supérieures à 150 C, - les sels comprenant un anion BF4-, PF6- ou trifluoroacétate et un cation choisi parmi les ions amidinium [RC (=NR2) -NR2]+, guanidinium [R2N-C (=NR2) - NR2]+, pyridinium CR-CR-CR-CR-NR+, imidazolium NR2-CR-CR-N-CR imidazolinium CR2-CR2-N=CR-NR2+, triazolium NR2-CR=CR-N=N+, dans lesquels chaque substituant R représente indépendamment des autres H ou un radical alkyle ayant de 1 à 8 atomes de B0670fr carbone, lesdits sels ayant des conductivités atteignant mS/cm et une grande stabilité. A titre d'exemple, on peut citer le bis(trifluorométhylsulfonyl)imidure de 1-éthyl-3- méthylimidazolium.

Comme exemple de matériaux composites selon l'invention, on peut citer les matériaux suivants: Particules de Fe dans Hg Particules de Fe dans Ga Particules de Co dans Hg Un autre objet de la présente invention est un procédé pour l'élaboration du matériau composite.

Ledit procédé consiste à introduire un précurseur du matériau magnétique A dans un fluide conducteur électrique B, et il est caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre par voie électrochimique dans une cellule électrochimique dans laquelle: - l'électrolyte est constitué par un milieu conducteur ionique contenant le précurseur du matériau A, sous forme de particules dont le diamètre moyen est entre 1 et pm; - la cathode est constituée par un film du fluide conducteur B connecté à une source de potentiel, apte à délivrer une densité de courant entre 100 mA et 3 A/cm2; - l'anode est constituée par un matériau non oxydable dans les conditions du procédé, par exemple du platine ou du carbone vitreux; - la cathode est soumise à une différence de potentiel négative par rapport à l'anode.

L'électrolyse peut être commandée soit en courant avec un contrôle de l'évolution du potentiel de la cathode, soit en potentiel par rapport à une électrode de référence (à l'aide d'un dispositif d'asservissement de type potentio- stat). Le potentiel appliqué à la cathode devra dans tous les cas être le plus négatif possible pour permettre la diminution de la tension interfaciale entre les matériaux A et B, mais il devra être limité pour ne pas provoquer d'au- tres réactions électro-chimiques telles que le dégagement B0670fr excessif d'hydrogène ou la formation d'amalgames, nuisibles au rendement et à la stabilité du produit.

L'anode peut être placée dans un compartiment séparé de la cathode par une paroi poreuse. La cellule comporte en outre une électrode de référence, lorsque l'électrolyse est commandée en potentiel.

Le précurseur du matériau magnétique A peut être choisi parmi le fer, l'oxyde de fer, le cobalt, le nickel, les alliages magnétiques et les composés magnétiques.

Les particules de précurseur de matériau magnétique peuvent être des particules substantiellement sphériques ayant un diamètre moyen dont la distribution de dimension est homogène. Elles peuvent être introduites dans le milieu liquide consistuant l'électrolyte sous forme de deux lots, les particules de l'un des lots ayant une dimension moyenne différentes de celle des particules de l'autre lot. La dimension moyenne des particules du deuxième lot peut être hors de l'intervalle 1 à 10 pm. Le deuxième lot peut être constitué par exemple par des particules dont la dimension moyenne est dans l'intervalle 0,5 à quelques millimètres, par exemple de 1 à 2 mm.

Les particules de précurseur de matériau magnétique peuvent en outre être constituées par un lot de particules d'un précurseur d'un premier matériau magnétique A et par un lot de particules d'un précurseur d'un second matériau magnétique A' choisi dans le groupe défini pour A. La quantité de particules made précurseur est au plus égale à la valeur de seuil à partir de laquelle la dispersion devient biphasique ou solide.

Les particules peuvent être utilisées telles que définies ci-dessus. On peut également les utiliser après les avoir enrobées par un métal ayant une affinité pour A dans le fluide conducteur B. Le fluide conducteur B est tel que défini ci-dessus 35 pour le matériau composite de l'invention.

Lorsque le fluide conducteur électrique B est constitué par un métal donné, on peut y ajouter un ou plusieurs éléments qui peuvent former une phase liquide stable (ou un B0670fr amalgame liquide lorsque ledit métal est le mercure) et qui stabilisent la dispersion des particules A au sein du fluide conducteur en évitant leur agrégation. Par exemple, si B est le mercure, on peut y ajouter Sn, Ag, Cu, Cd, Zn, Tl, Pb, In, As ou Sb, en une proportion qui reste inférieure à la valeur qui conduirait à la formation d'une phase solide.

La présence d'impuretés est susceptible de modifier de manière significative les propriétés interfaciales entre le matériau magnétique A et le fluide conducteur B, et par conséquent la mouillabilité du matériau A par le fluide conducteur B. Si la mise en oeuvre du procédé de l'invention pour un couple A/B donné ne permet pas d'obtenir un résultat convenable, il est recommandé de vérifier la nature et le taux des impuretés.

Le procédé de la présente invention est particulière-ment utile pour la préparation d'un matériau composite à partir d'un précurseur de matériau magnétique et d'un fluide conducteur électrique, lorsque le matériau constituant les particules magnétiques et le matériau constituant le fluide conducteur électrique présentent entre eux une affinité faible voire nulle, et lorsque le matériau magnétique n'est au mieux que faiblement mouillable par le fluide conducteur électrique.

Les quantités respectives de précurseur du matériau A et de fluide conducteur B sont telles que la concentration finale en matériau magnétique dans le fluide conducteur B reste inférieure à la valeur au delà de laquelle la dispersion devient biphasique ou solide, ce qui se traduirait par une précipitation. La détermination de cette valeur est à la portée de l'homme de métier.

Les particules de précurseur de A peuvent être introduites dans le milieu conducteur ionique, puis dans le liquide conducteur électrique B au cours de l'électrolyse, c'est-à-dire graduellement jusqu'à l'obtention de la concentration voulue dans B. Dans ce cas, la densité de courant et/ou le potentiel sont modifiés simultanément à l'introduction précurseur de A, ce qui permet le cas échéant B0670fr d'introduire des particules de précurseur de A' différentes des particules de précurseur de A. Le milieu conducteur ionique est de préférence non oxydant. Il peut être constitué par une solution d'un acide non oxydant (par exemple HCl) ou d'une base forte dans un solvant. Le solvant peut être l'eau, un liquide organique polaire ou un sel fondu. Le liquide organique polaire peut être choisi parmi l'acétonitrile, l'acétone, le tétrahydrofurane, le diméthylformamide (DMF), le diméthylsulfoxyde (DMSO), le carbonate de propylène (PC), le carbonate de diméthyle, et la N-méthylpyrrolidone. Le sel fondu peut être choisi parmi ceux qui ont été définis ci-dessus comme fluide conducteur électrique.

La source de potentiel à laquelle la cathode est connectée doit être capable de délivrer une intensité de courant d'au moins une centaine de mA/cm2 de cathode.

Lorsque la cellule électrochimique est commandée en potentiel, elle comprend obligatoirement une électrode de référence, et la différence de potentiel entre la cathode et ladite électrode de référence est fixée dans un domaine tel que la tension interfaciale entre A et B soit diminuée pour permettre le mouillage des particules A par le liquide B. Par exemple, lorsque les particules A sont des particules de Fe et le liquide B est Hg, la tension est comprise entre -1 V et -3 V par rapport à l'électrode de référence.

Lorsque la cellule électrochimique fonctionne en mode galvanostatique, c'est-à-dire lorsqu'elle est asservie en courant, et qu'elle comprend une électrode de référence, il est nécessaire d'imposer des seuils d'action qui provoquent la réduction du courant, de sorte que la différence de potentiel entre la cathode et l'électrode de référence soit limitée au domaine défini pour le cas où la cellule est commandée en potentiel.

Lorsque la cellule électrochimique est commandée en courant sans dispositif d'asservissement, et qu'elle ne comprend pas d'électrode de référence, il convient de surveiller le potentiel total par rapport à une limite B0670fr déterminée au préalable, par exemple à l'aide d'une électrode de référence provisoire.

En pratique, lors de la mise en oeuvre par commande en courant, il est préférable d'utiliser une cellule électro-5 chimique comprenant une électrode de référence.

Dans une mise en oeuvre particulièrement préférée de la préparation par voie électrochimique, on applique un champ magnétique perpendiculaire au plan de la cathode, de manière à soustraire les particules magnétiques A formées de la zone de l'interface électrolyte/cathode, afin de contrôler la cinétique de leur croissance durant les phases initiales de leur formation. Dans un autre mode de mise en oeuvre, d'autres types d'action sur le matériau en cours de synthèse peuvent être obtenus en superposant des impulsions ou des composantes alternatives au courant ou au potentiel contrôlant le processus, en l'absence ou en présence dudit champ magnétique perpendiculaire.

A la fin de l'opération, le fluide conducteur constituant la cathode se trouve fortement enrichi en particules magnétiques A et constitue le matériau ferrofluide à conduction électrique de l'invention.

Les matériaux composites de la présente invention sont des matériaux ferrofluides conducteurs électriques, qui peuvent être utilisés avantageusement dans de nombreux domaines tels que les nanotechnologies, les micromachines, la magnétohydrodynamique, et la microfluidique.

Ils peuvent bien entendu être utilisés pour les diverses applications des matériaux ferrofluides classiques, qui ne présentent pas de conductivité électrique, à savoir dans les systèmes de transmission viscoélastiques tels que par exemple les amortisseurs, notamment dans les véhicules automobiles, les dispositifs antisismiques, les dispositifs antivibratoires, les tabliers de ponts et les embrayages, à condition toutefois que ces applications soient compatibles avec des particules micrométriques.

La présente invention est illustrée ci-après par quelques exemples concrets de réalisation, auxquels elle n'est cependant pas limitée.

B0670fr Les produits de départ suivants ont été utilisés dans les exemples: É Mercure É Gallium É Fer en poudre, commercialisé sous la réf 312-31 (fer réduit pour analyse) par la société Riedel et Haëhn, constitué de particules sphériques ayant un diamètre d'environ 10}gym É Billes d'acier 10006 (fer à 1% de carbone et 1% de 10 chrome) de diamètre 1,5 mm É alliage de Wood É alliage InGaSn (21,5/62,5/16) É Etain Les matériaux ont été préparés dans une cellule élec- trochimique qui est reliée à une source de potentiel et munie de moyens d'agitation, et dans laquelle la cathode est constituée par une couche du fluide conducteur électrique B, une électrode de platine assure le contact avec la cathode, une seconde électrode de platine fonctionne en tant qu'ano- de, une électrode au calomel fonctionne en tant qu'électrode de référence.

Exemple 1

Matériau ferrofluide Fe/Hg Préparation du matériau On a placé 5, 261 g de mercure (matériau B) au fond de la cellule, et on a ajouté 10 ml de HC1O4 à 0,1 M. Un chauf- fe l'ensemble. La source de potentiel génère une différence de potentiel de 4 V entre les deux électrodes de platine, ce qui induit un courant de l'ordre de 20 mA. Ensuite, on a ajouté 0,528 g de fer en poudre par doses de 20 mg toutes les 10 mn. La différence de potentiel entre le mercure et l'électrode de référence au calomel reste de l'ordre de -1,5 Volts pendant la durée de l'opération. On a soumis la nappe de mercure à une légère agitation pour faciliter l'incorporation des particules de fer dans la couche de mercure et empêcher le grossissement des bulles d'hydrogène à la surface du mercure.

B0670fr Caractérisation du matériau obtenu: La fraction volumique en fer dans le matériau obtenu est de 0,14 0,01.

L'aimantation à saturation mesurée pour matériau est 5 de 266 kA/m.

La susceptibilité initiale à bas champ magnétique est de 1,86.

La conductivité électrique, mesurée pour un échantillon de fraction volumique de 10% est de 65 pS2.cm avec une 10 incertitude estimée de +/15%.

Exemple 2

Matériau ferrofluide Fe/Ga Préparation du matériau On a placé 5,2 g de gallium (matériau B) au fond de la cellule, et on a ajouté 10 ml de HC1 à o, l M. On a chauffé l'ensemble à une température de 35 C, puis on a appliqué une différence de potentiel de 10 V entre les deux électrodes de platine. Ensuite, on a ajouté 0,76 g de fer en poudre en 5 fractions en espaçant les ajouts de 10 mn. A chaque ajout, on a utilisé un aimant pour amener le fer sous le gallium, qui était soumis à une légère agitation à l'aide de l'aimant.

Caractérisation du matériau obtenu: La fraction volumique en fer dans le matériau obtenu est de 0,1.

L'aimantation à saturation mesurée pour matériau est 25 de 190 kA/m.

La susceptibilité initiale à bas champ magnétique est de 1.

Le point de fusion se situe entre 27 et 27,5 C et l'échantillon peut rester en surfusion jusqu'à 22 C environ.

La conductivité électrique a été mesurée à l'aide d'une cellule de conductivité "4 points" construite pour des liquides peu conducteurs avec une résolution de 15 10 gS2.cm. Elle est très proche de la valeur limite mesurable par ladite cellule et très peu différente de celle du gallium pur, de l'ordre de 20 1iû. cm environ.

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Exemple 3

Matériau ferrofluide Fe/alliage de Wood Préparation du matériau On a placé 9 g d'alliage de Wood (matériau B) au fond de la cellule, et on a ajouté 10 ml de HC1 à 0,1 M. On a chauffé l'ensemble à une température de 80 C, puis on a appliqué une différence de potentiel de 4,5 V entre les deux électrodes de platine. Ensuite, on a ajouté 0,972 g de fer en poudre en 5 fractions en espaçant les ajouts de 5 mn. Caractérisation du matériau obtenu La fraction volumique en fer dans le matériau obtenu 10 est de l'ordre de 0,1.

L'aimantation à saturation du matériau est de 150 kA/m. La susceptibilité initiale à bas champ magnétique est de 0,57.

Le point de fusion du matériau est situé à 71,6 C 15 0,2 C, et le maintien en surfusion est possible jusque vers 68 C environ.

Exemple 4

Matériau ferrofluide Fe/alliage InGaSn 10,7 C Préparation du matériau On a placé 3,6 g d'alliage InGaSn (21,5/62,5/16) (matériau B) au fond de la cellule, et on a ajouté 10 ml de HC1 à 0,1 M. On a chauffé l'ensemble à une température de 55 C, puis on a appliqué une différence de potentiel de 5 V entre les deux électrodes de platine, et de 10 V pendant 10 s toutes les 2 mn. Ensuite, on a ajouté 0,325 g de fer en poudre en 4 fractions en espaçant les ajouts de 5 mn.

Caractérisation du matériau obtenu: La fraction volumique en fer dans le matériau obtenu est de l'ordre de 0,065.

L'aimantation à saturation du matériau est de 113 kA/m. La susceptibilité initiale à bas champ magnétique est 30 de 0,55.

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Exemple 5

Matériau ferrofluide Fe/Ga+Sn Préparation du matériau On a placé 5, 2 g de gallium (matériau B) au fond de la cellule, et on a ajouté 10 ml de HC1 à 0,1 M. On a chauffé l'ensemble à une température de 35 C, on a ajouté 0,145 g d'étain, puis on a appliqué une différence de potentiel de 4,5 V entre les deux électrodes de platine. Ensuite, on a ajouté 0,38 g de fer en poudre en 2 fractions en espaçant les ajouts de 10 mn. A chaque ajout, on a utilisé un aimant pour amener le fer sous le gallium, qui a été par ailleurs agité régulièrement avec cet aimant. On a ajouté à nouveau 0,17 g d'étain, puis 0,64 g de fer en 3 ajouts. On a réajusté la concentration de HC1 (qui est consommé pendant l'électrolyse prolongée, faisant diminuer le courant), par addition d'une quantité appropriée. La différence de tension entre les deux électrodes de platine a été portée à 8 V. Caractérisation du matériau La fraction volumique en fer dans le matériau obtenu est de l'ordre de 0,1.

L'aimantation à saturation du matériau est de 182 kA/m. 20 La susceptibilité initiale à bas champ magnétique est de 1,1.

Exemple 6

Matériau ferrofluide Fe/acier/Hg Préparation du matériau: On a placé 8, 694 g de mercure (matériau B) au fond de la cellule, et on a ajouté 10 ml de HC1 à 0,1 M. On a chauffé l'ensemble à 50 C. La source de potentiel génère une différence de potentiel de 6 V entre les deux électrodes de platine, ce qui induit un courant de l'ordre de 250 mA.

Ensuite, on a ajouté 0,2 g de billes d'acier et 0.54g de fer en poudre. On a soumis la nappe de mercure à une légère agitation pour faciliter l'incorporation des matériaux magnétiques dans la couche de mercure et empêcher le B0670fr grossissement des bulles d'hydrogène à la surface du mercure.

Caractérisation du matériau obtenu: La fraction volumique en fer dans le matériau obtenu 5 est de 0,127.

L'aimantation à saturation mesurée pour ce matériau est de 250 kA/m.

La susceptibilité initiale à bas champ magnétique est de 1,45.

Exemple 7

Matériau ferrofluide dans Fe/acier/Ga Préparation du matériau: On a placé 4,86 g de gallium (matériau B) au fond de la cellule, et on a ajouté 10 ml de HC1 à 0,2 M. On a chauffé l'ensemble à une température de 50 C, puis on a appliqué une différence de potentiel de 11 V entre les deux électrodes de platine. Ensuite, on a ajouté 0,2 g de billes d'acier et 0, 142 g de poudre de fer. Ensuite, on a utilisé un aimant pour amener le fer sous le gallium, qui était soumis à une légère agitation à l'aide de l'aimant. Caractérisation du matériau obtenu: La fraction volumique en fer dans le

matériau obtenu est de 0,04.

L'aimantation à saturation mesurée pour ce matériau est de 72 kA/m.

La susceptibilité initiale à bas champ magnétique est 25 de 0,42.

Claims (27)

B0670fr 2887681 16 Revendications

1. Matériau composite constitué par un matériau magnétique A et un support liquide B, caractérisé en ce que: É le matériau A est choisi parmi les composés magnétiques et les alliages magnétiques, et il est sous forme de particules dont le diamètre moyen est entre 0,1 et pm; É le fluide support B est un fluide conducteur choisi parmi les métaux, les alliages métalliques et les sels qui sont liquides au x températures inférieures à la 10 température de Curie du matériau A, ou parmi leurs mélanges.

2. Matériau composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide conducteur électrique B est un métal, choisi parmi les métaux qui sont liquides seuls ou sous forme de mélanges de plusieurs d'entre eux à des températures inférieures au point de Curie du matériau magnétique A auquel ils sont associés.

3. Matériau composite selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fluide conducteur électrique B est choisi parmi Hg, Ga, In, Sn, As, Sb, les métaux alcalins, et leurs mélanges.

4. Matériau composite selon la revendication 1, caractérisé en ce le fluide conducteur électrique B est un.alliage métallique fondu, choisi parmi les alliages In/Ga/As, les alliages Ga/Sn/Zn, les alliages In/Bi, l'alliage de Wood, l'alliage de Newton, l'alliage d'Arcet, l'alliage de Lichtenberg, et l'alliage de Rose.

5. Matériau composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide conducteur électrique B est 30 un sel, choisi parmi: - les nitrates d'alkylammonium dans lesquels le groupe alkyle comprend de 1 à 18 atomes de carbone, les nitrates de guanidinium, les nitrates d'imidazolium, les nitrates d'imidazolinium, - les chloroaluminates de métal alcalin qui sont liquides à des températures supérieures à 150 C, B0670fr 2887681 17 - les sels comprenant un anion BF4-, PF6- ou trifluoro- acétate et un cation choisi parmi les ions amidinium [RC (=NR2) -NR2] +, guanidinium [R2N-C (=NR2) -NR2] +, pyridinium CR-CR-CR-CR-NR+, imidazolium NR2-CR-CR-N-CR imidazo- linium CR2-CR2-N=CR-NR2+, triazolium NR2-CR=CR-N=N+, dans lesquels chaque substituant R représente indépendamment des autres H ou un radical alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone.

6. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en 10 ce que le matériau magnétique A est choisi parmi le fer, le cobalt, le nickel et l'oxyde de fer.

7. Matériau composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité de particules magnétiques est au plus égale à la valeur de seuil à partir de laquelle la dispersion devient biphasique ou solide.

8. Matériau composite selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient d'une part des particules de matériau magnétique substantiellement sphériques.

9. Matériau composite selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux lots de particules de matériau magnétique, les particules de l'un des lots ayant une dimension moyenne différentes de celle des particules de l'autre lot.

10. Matériau composite selon la revendication 10, 25 caractérisé en ce que la dimension moyenne des particules du deuxième lot est hors de l'intervalle 1 à 10}gym.

11. Matériau composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules de matériau magnétique peuvent être constituées par un lot d'un premier matériau 30 magnétique A et par un lot d'un second matériau magnétique A' choisi dans le groupe défini pour A.

12. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué par un couple matériau magnétique /fluide conducteur électrique B choisi parmi les couples suivants: Fe/Hg, Co/Hg, Fe/Ga+Sn, Fe/alliage de Wood.

13. Procédé pour la préparation d'un matériau ferro-fluide conducteur comprenant un matériau magnétique A et un B0670fr fluide conducteur électrique B, consistant à introduire un précurseur du matériau magnétique A dans un fluide conducteur électrique B, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre par voie électrochimique dans une cellule électrochimique dans laquelle: É l'électrolyte est constitué par un milieu conducteur ionique contenant le précurseur du matériau A sous forme de particules dont le diamètre moyen est entre 0,1 et pm; É la cathode est constituée par un film du fluide conducteur B connecté à une source de potentiel, apte à délivrer une densité de courant entre 100 mA et 3 A/cm2; É l'anode est constituée par un matériau non oxydable dans les conditions du procédé ; É la cathode est soumise à une différence de potentiel négative par rapport à l'anode.

14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le précurseur du matériau magnétique A est choisi parmi le fer, l'oxyde de fer, le cobalt, le nickel, les alliages magnétiques et les composés magnétiques.

15. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que les particules de précurseur sont substantiellement sphériques.

16. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce les particules de précurseur sont sous forme de deux lots de particules, les particules de l'un des lots ayant une dimension moyenne différentes de celle des particules de l'autre lot.

17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en 30 ce que la dimension moyenne des particules du deuxième lot est hors de l'intervalle 1 à 10 pm.

18. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules de précurseur peuvent être constituées par un lot de particules d'un précurseur d'un premier matériau magnétique A et par un lot de particules d'un précurseur d'un second matériau magnétique A' choisi dans le groupe défini pour A. B0670fr

19. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la quantité de particules magnétiques est au plus égale à la valeur de seuil à partir de laquelle la dispersion devient biphasique ou solide.

20. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le fluide conducteur électrique B est choisi parmi les métaux, les alliages métalliques, et les sels qui sont liquides aux températures inférieures à la température de Curie du matériau A, ou parmi leurs mélanges.

21. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que le fluide conducteur électrique B est un métal, choisi parmi les métaux qui sont liquides seuls ou sous forme de mélanges de plusieurs d'entre eux à des températures inférieures au point de Curie du matériau magnétique A auquel ils sont associés.

22. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que le fluide conducteur électrique B est choisi parmi Hg, Ga, In, Sn, As, Sb, les métaux alcalins, et leurs mélanges.

23. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce le fluide conducteur électrique B est un alliage métallique fondu, choisi parmi les alliages In/Ga/As, les alliages Ga/Sn/Zn, les alliages In/Bi, l'alliage de Wood, l'alliage de Newton, l'alliage d'Arcet, l'alliage de Lichtenberg, et l'alliage de Rose.

24. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que le fluide conducteur électrique B est un sel, choisi parmi.

- les nitrates d'alkylammonium dans lesquels le groupe alkyle comprend de 1 à 18 atomes de carbone, les nitrates de guanidinium, les nitrates d'imidazolium, les nitrates d'imidazolinium, - les chloroaluminates de métal alcalin qui sont liquides à des températures supérieures à 150 C, les sels comprenant un anion BF4-, PF6- ou trifluoro- acétate et un cation choisi parmi les ions amidinium [RC (=NR2) -NR2] +, guanidinium [R2N-C (=NR2) -NR2] +, pyridinium CR-CR-CR-CR-NR+, imidazolium NRz-CR-CR- N-CR imidazo- B0670fr linium CR2 CR2 N=CR NR2+, triazolium NRz CR=CR N=N+, dans lesquels chaque substituant R représente indépendamment des autres H ou un radical alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone.

25. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'au métal formant le fluide conducteur électrique B, on ajoute un ou plusieurs éléments qui peuvent former une phase liquide stable ou un amalgame liquide lorsque ledit métal est le mercure.

26. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le milieu conducteur ionique est constitué par une solution d'un acide non oxydant ou d'une base forte dans un solvant.

27. Procédé selon la revendication 26, caractérisé en 15 ce que le solvant est choisi parmi l'eau, les liquides organiques polaires et les sels fondus.