Ferrofluides - Nanoparticules superparamagnétiques

Les premiers ferrofluides ont été synthétisés par F. Bitter au début des années 1930 avec l'idée de mettre en évidence les domaines de Weiss. Ces domaines, dont l'existence a été postulée en 1907 par le physicien français Pierre Weiss, constituent des zones dans lesquelles l'aimantation a une direction et une intensité uniforme. Il était fondamental de vérifier expérimentalement et directement cette hypothèse, car elle était indispensable pour assurer la compatibilité entre la théorie du magnétisme (théorie du champ moléculaire de Weiss) et l'existence d'un état macroscopiquement désaimanté. L'idée de Bitter est de mettre en évidence les domaines de la même façon que l'on met en évidence le champ magnétique avec de la limaille de fer. Cependant, l'échelle étant beaucoup plus petite, il était nécessaire de disposer de particules magnétiques très petites . Améliorée par W.C. Ellmore , la solution obtenue est peu stable.

En 1966, Papell mélange de la poudre de magnétite à du kérosène et broie l'ensemble pendant 10 mois en présence d'acide oléique. Rosensweig améliore le fluide de Papell et crée l'entreprise Ferrofluidics avec R. Moskowitz. En 1980, R. Massart invente le ferrofluide sans tensioactif : dans ce cas, c'est la charge ionique de surface qui assure la stabilité.

Les ferrofluides ont été longtemps cantonnés à la visualisation des domaines de Weiss (figures de Bitter) avant de susciter un intérêt théorique vers la fin des années 1940. Néel étudia notamment des particules de fer et des roches contenant une faible quantité de particules de magnétite, ce qui lui permit d'introduire la notion de « relaxation ». L'un des principaux obstacles était de disposer de particules dispersées de taille et de forme contrôlée. Cela fut réalisé à la fin des années 1950 par solidification rapide d'un mélange de fer et de cuivre très majoritaire, conduisant à la formation de petits précipités de fer dans la matrice de cuivre. C'est en travaillant sur ces échantillons que Bean et Livingstone identifièrent le comportement de type paramagnétique des nanoparticules, définirent la température de blocage et forgèrent le terme « superparamagnétique ».

Depuis les premières applications industrielles dans les années 1970, les ferrofluides sont demeurés un produit de niche, avec un nombre d'applications très limité (haut-parleurs et joints pour pompes turbomoléculaires), mais on note ces dernières années un fort intérêt industriel pour des applications de plus grande portée économique, comme les amortisseurs actifs et surtout une grande variété d'applications en biologie.