Что обладает магнитными свойствами твердого магнита, но текучестью как жидкость? Если вы ответите «ничего», вы не правы, потому что инженеры разработали такое вещество с помощью модифицированного 3D-принтера.
Да, феррофлюид — это уже существующее явление, но не совсем то, о чём вы думаете. В отличие от привычной вам магнитной жидкости, которая обладает эффектом при воздействии внешнего магнитного поля, новая магнитная жидкость сохраняет свой магнетизм и без него.
Мы задавались вопросом: «Если бы магнитная жидкость могла временно становиться магнитной, что можно было бы сделать для того, чтобы она стала постоянно магнитной и вела себя как твердый магнит, но при этом выглядела и чувствовала себя как жидкость?» — рассказывает ученый и инженер по материалам Том Рассел из университета Массачусетс.
Разработали новый материал, обладающий свойствами как жидкости, так и магнита. Такое явление ранее не фиксировалось.
В действительности это весьма напоминает феррофлюид. Оба состоят из ферромагнитных наночастиц, подвешенных в жидкости. Новая магнитная жидкость использует наночастицы оксида железа, что также является распространенным выбором для магнитной жидкости, поэтому здесь нет неожиданностей.
В прошлом году команда создала метод 3D-печати конструкций из жидкости. В этом методе вода впрыскивалась в трубку из силиконового масла с поверхностно-активным веществом из наночастиц, которое формировало эластичную пленку и удерживало воду внутри.
Команда выбрала этот способ для создания суспензии наночастиц: печать капель диаметром один миллиметр. Наночастицы оксида железа распределяются по поверхности капли, создавая оболочку на границе раздела воды и масляной суспензии.
Затем разместили капли рядом с магнитной катушкой для намагничивания их. Как и у феррофлюида, частицы оксида железа притягивались к магниту. Пока всё нормально.
При перемещении магнитной катушки вещество становилось не таким обычным. Из зоны действия магнитного поля феррофлюид покидает место, а наночастицы рассыпаются. Жидкость превращается в подобие пузыря.
С новой жидкостью наночастицы начали вращаться навстречу друг другу в унисон, словно синхронизированные пловцы, или «маленькие танцующие капельки», как выразился инженер Сюбо Лю из Пекинского университета химической технологии. Наночастицы сохранили свой магнетизм.
«В этом трудно было поверить, — сказал Рассел. — До нашего исследования считалось, что постоянные магниты можно сделать только из твердых тел».
Дальнейшее исследование показало, что воздействие жидкости на магнитное поле приводит к выравниванию магнитных полюсов наночастиц в одном направлении. Без магнитного поля поверхностные частицы не могут дрейфовать из-за тесного сжатия и остаются в таком состоянии.
Тайна состоит в том, как частицы каким-то образом передают свой магнетизм наночастицам, движущимся свободно внутри капли. Команда пока не знает механизма этого процесса. Но именно так происходит, и вся капелька сохраняет свою намагниченность.
Лю отметил, что из любопытства рождается новое знание и наука.
Ещё интереснее то, что жидкость способна менять свою форму: может быть высокой, подобно цилиндру, разглаживаться, словно блин, округляться, как шар, истончаться, как проволока, или принимать ещё более сложные формы. осьминоги.
Изобретение можно управлять внешним магнитным полем, открывая возможности для мягкой робототехники, искусственных клеток и, возможно, адресной доставки лекарств. Остаётся выяснить, как намагничиваются парящие капли.
«Так открывается дверь, — сказал Рассел, — в новое направление научного познания магнитной мягкой материи».
Исследование было опубликовано в журнале .