Что имеет магнитные свойства твердого магнита, но механические свойства жидкости? Если вы ответили «ничего», вы ошибаетесь, потому что инженеры только что создали такое вещество, используя модифицированный 3D-принтер.
Да, феррофлюид — это уже вещь, но это не так. В отличие от магнитной жидкости, которую вы можете знать и любить (потому что, ну, это круто ), новая магнитная жидкость сохраняет свой магнетизм даже в отсутствие внешнего магнитного поля.
«Мы задавались вопросом:« Если бы магнитная жидкость могла стать временно магнитной, что мы могли бы сделать, чтобы она стала постоянно магнитной, и вел себя как твердый магнит, но при этом выглядел и чувствовал себя как жидкость? », — говорит ученый и инженер по материалам Том Рассел из университета. Массачусетс.
«Мы создали новый материал, который является одновременно жидким и магнитным. Никто никогда не наблюдал этого раньше».
На самом деле это очень похоже на феррофлюид. Оба состоят из ферромагнитных наночастиц, взвешенных в жидкости. В новой магнитной жидкости используются наночастицы оксида железа, что также является популярным выбором для магнитной жидкости, поэтому здесь нет сюрпризов.
Но в прошлом году команда разработала технику для 3D-печати конструкций из жидкости. В нем использовались две жидкости: вода впрыскивалась в трубку из силиконового масла, смешанного с поверхностно-активным веществом из наночастиц, которое образует эластичную пленку, по существу удерживая воду на месте.
Это то, что команда решила использовать для своей суспензии наночастиц, печатая капли диаметром всего один миллиметр. Наночастицы оксида железа вытесняются к поверхности капли, образуя оболочку на границе раздела между каплями воды и масляной суспензией. Это называется межфазным заклиниванием, и это хорошо известное поведение наночастиц.
Затем они поместили капли рядом с магнитной катушкой, чтобы намагнитить их. Как и феррофлюид, частицы оксида железа притягивались к магниту. Пока все нормально.
Но когда исследователи отодвинули магнитную катушку, она стала менее нормальной. Когда феррофлюид удаляется из-за наличия магнитного поля, наночастицы приходят в беспорядок, и жидкость просто становится своего рода пузырьком.
Но с этой новой жидкостью наночастицы начали вращаться навстречу друг другу в унисон, как синхронизированные пловцы, или «маленькие танцующие капельки», по словам инженера Сюбо Лю из Пекинского университета химической технологии. Они сохранили свой магнетизм.
«Мы почти не могли поверить в это», сказал Рассел. «До нашего исследования люди всегда предполагали, что постоянные магниты могут быть сделаны только из твердого тела».
После дальнейшего исследования команда обнаружила, что воздействие жидкости на магнитное поле заставляет магнитные полюсы наночастиц выравниваться в одном направлении. Но когда магнитное поле убирается, поверхностные частицы не могут дрейфовать, потому что они так тесно сжимаются и, таким образом, остаются такими.
Таинственная часть заключается в том, что они каким-то образом передают свой магнетизм наночастицам, свободно плавающим внутри капли. Команда еще не знает, как это происходит. Но это так, и вся капелька остается намагниченной.
«То, что начиналось как любопытное наблюдение, в конечном итоге открыло новую область науки», — сказал Лю.
И, что еще более любопытно, жидкость может изменить свою форму: она может быть высокой, как цилиндр, сглаживаться, как блин, округляться, как сфера, истончаться, как провод, или даже более сложными формами, как … осьминоги.
Изобретение может контролироваться внешним магнитным полем, которое открывает возможности для мягкой робототехники, искусственных клеток и, возможно, даже адресной доставки лекарств. Не говоря уже о том, что нужно узнать, пытаясь понять, как намагничиваются плавающие капли.
«Это открывает дверь, — сказал Рассел , — в новую область науки о магнитной мягкой материи».
Исследование было опубликовано в журнале .