Syntese af magnetisk SrFe12O19 og måling af magnetiske egenskaber

Magneter er en hjørnesten i moderne teknologi og bruges i mange hverdagsprodukter som køleskabsmagneter, højtalere, mikrofoner, vibrationer i mobiltelefoner, datalagring og meget mere. Derudover bruges magneter til at konvertere kinetisk energi (bevægelse) til elektrisk energi eller omvendt. De er således hjertet i vindmøller og generatorerne på vore kraftværker, foruden elmotorer i alt fra husholdningsapparater til lokomotiver eller elbiler. Anvendelsen af magneter er ikke en ny ting, og allerede omkring år 1200 kunne Middelhavssømænd navigere ved hjælp af kompas baserede på nåle af mineralet magnetit.

De bedste permanente magneter er baseret på det relativt dyre grundstof neodymium (Nd2Fe14B). Størstedelen af verdens neodymium produktion er i Kina, og derfor kan Kina bestemme prisen på neodymium med hård hånd. Det betyder at der er et økonomisk, miljømæssigt og politisk incitament for at udvikle nye magnetiske materialer, der ikke indeholder de dyre og sjældne grundstoffer. Et eksempel er strontium hexaferrit, SrFe12O19, et materiale der forskes i ved Aarhus Universitet. SrFe12O19 er et nano-materiale, dvs. det består af en masse små partikler, der kan anskues som små individuelle magneter. De kan bringes sammen ved at man presser pulveret til en pille. Størrelsen på partiklerne har her stor indflydelse på hvor god en magnet pillen bliver; dette er blot et af forskningsområderne inden for feltet.

Projektet lægger op til sol-gel syntese af SrFe12O19 nano-partikler. Efterfølgende karakteriseres partiklerne mht. struktur og magnetiske egenskaber. Der kan f.eks. perspektiveres til magneters mange anvendelsesmuligheder i teknologien, bæredygtighed i deres fremstilling samt den politiske situation omkring tilgængelige grundstofressourcer.

Magnetisk SrFe12 O19

Deltagerantal 6 pladser - 2-dages forløb
Datoer: tirsdag 21. november plus onsdag 22. november 2017
Gymnasiefag Kemi, Fysik, Matematik, Historie, Samfundsfag
 
Sted Institut for Kemi, Langelandsgade 140, 8000 Aarhus C
 
Tidsramme OBS: Forløbets praktiske del afvikles over 2 dage OBS
 
Til læreren og elevens forberedelse Eleverne forventes at have læst de udsendte vejledninger samt foretaget stofmængdeberegninger. Eleven skal desuden selv have arrangeret overnatning imellem de to dage, praktikken forløber over.
 
Beskrivelse af forløbet En typisk dag med dette forløb vil vare fra 09.00-ca. 17.00. Programmet vil indeholde:
  • Solvotermal syntese i flow-spiral reaktor
  • Introduktion til pulverdiffraktion inkl. prøveforberedelse
  • Optagelse af pulverdiffraktogrammer
  • Karakterisering af magnetiske egenskaber
  • Hjælp til at tolke resultaterne
Frokost er indlagt i programmet og der vil være mulighed for både at spise medbragte madpakker og købe mad i kantinen.
 
Forslag til faglige perspektiver  
  • Kemi: Solvotermal syntese, nanopartikler
  • Fysik: Magnetiske egenskaber, magnetfelter, paramagnetisme vs. ferromagnetisme, interferens og diffraktion, elektromagnetisme
  • Matematik: Symmetri-elementer i krystalstrukturer, matematikken bag Bragg’s spredningslov, lysbølge-spredningsteori
  • Historie: Magneters historie, elektromagnetismens opdagelse (H.C. Ørsted), navigation og kompasset
  • Samfundsfag: Kina, USA, Rusland og Europa, kampen om grundstofreserver
 

 

Generelt om SRP-forløb på Institut for Kemi

  • SRP-projekter udbydes fortrinsvis til elever fra gymnasier beliggende i Jylland og på Fyn.
  • Til hvert projekt vil eleverne få tilsendt en øvelsesvejledning på forhånd, og det er vigtigt at eleven møder forberedt på dagen hvor forløbet afvikles. 
  • Undervisningen er gratis for eleverne og gymnasiet. Universitet afholder alle udgifter til materialer, apparatur og undervisning.
  • Gymnasieeleven står selv for at arrangere transport, forplejning og evt. overnatning. Mad kan købes i universitetets kantiner. 
  • Universitetsmedarbejdere står for undervisning og støtte i forhold til det udbudte forløb,  men kan ikke indgå i efterfølgende sparring, når forløbet er afsluttet. Diskussion af resultater skal således finde sted i den tid, eleven er i laboratoriet.   
  • Vi kan desværre ikke tilbyde uddybende materiale til projekterne eller baggrundsmateriale omkring metoder og instrumenter - dette forventer vi at gymnasielæreren hjælper med.
  • Det er gymnasielærerens ansvar at udarbejde problemformuleringen og synliggøre sammenhængen mellem SRP-forløbet og problemformuleringen.  
  • Vi har ikke mulighed for at vejlede om hvorledes kemi-projekterne kan kombineres med andre fag, men vi har for hvert projekt angivet stikord til mulige kombinationer.
  • Der tages forbehold for instrumentnedbrud og uforudsete hændelser. I sådanne tilfælde vil der så vidt muligt blive udleveret data fra tidligere forsøg.