Все, що потрібно знати про чарівну магнітну рідину – ферофлюїд

Якщо ви бачили ці відео з захоплюючою чорнилоподібною рідиною, що закручується в колючі візерунки, то ви бачили ферофлюїд. Але що саме це за речовина і чому вона діє саме так? Чи справді це якийсь рідкий магніт? Можливо, більш важливо, чи можете ви його отримати? Давайте зануримось!

Ферорідина: Коли магніти стають нано

Типовий ферофлюїд, який ви бачите у вірусних відео, виготовляється шляхом змішування купи дуже, дуже маленьких шматочків оксиду заліза з маслом і, як правило, якоюсь поверхнево-активною речовиною, щоб запобігти злипанню шматочків між собою. Найпоширеніший вид оксиду заліза, що використовується у ферофлюїді, відомий як магнетит, тому що – як ви вже здогадалися – це феромагнітний матеріал, який не лише притягується до магнітів, але й сам може намагнічуватися і перетворюватися на постійний магніт. Ферофлюїд – це, по суті, маленькі шматочки цього матеріалу, підвішені в липкій рідині; це проста відповідь.

Більш складне пояснення стосується наночастинок. Ще в 1960-х роках хімічні експерименти показали, що ферорідини можна створювати і стабілізувати – відкриття, фактично зроблене НАСА під час пошуку способів контролювати рідке паливо в невагомості космосу.

Вдосконалені методи врешті-решт дозволили легко розщеплювати оксид заліза на наночастинки шириною близько 10 нанометрів. Це настільки мало, що ці частинки рідко навіть осідають на дно рідини – вони просто залишаються в підвішеному стані, плаваючи навколо. Вони навіть підпорядковуються старому доброму броунівському руху, який зберігає ферорідину рівномірно розподіленою і гладкою протягом тривалих періодів часу.

Створення цих дивних конструкцій

Гаразд, але як ферорідина чарівним чином перетворюється на шипи і ці божевільні форми їжаків?

Подумайте про це як про дуже ретельний хімічний акт балансування, в якому беруть участь багато різних сил, що потрапляють в “золоту середину”. Уявіть собі, що ви прикладаєте магнітну силу до ферорідини, скажімо, через постійний магніт, який лежить у вас під рукою. Ось кілька ключових взаємодій, які відбуваються:

1. Магнетит діє як магнетит і притягується/відштовхується на основі магнітного поля – всі ці маленькі наночастинки реагують на силу і починають рухатися.
2. Поверхнево-активна речовина (той самий тип хімічної речовини, що використовується в миючих засобах для видалення плям) залишається надзвичайно слизькою і не дозволяє наночастинкам прикріпитися одна до одної. Вони продовжують вислизати під час руху, утворюючи швидкі зв’язки з поверхнево-активною речовиною, натомість стаючи особливим типом ліганду, або координаційним зв’язком з атомом металу.
3. При цьому на поверхні ферорідини виникає великий поверхневий натяг, що дозволяє рідині підтримувати постійну температуру.
4. Складіть все це разом, і що ви отримаєте? Сліпуче сяйво шипів, струмочків та магічної поведінки. Крім того, рідина є так званою “суперпарамагнітною”, що означає, що, на відміну від звичайного магнетиту, вона щоразу втрачає свій заряд і розпадається назад у рідину, не в змозі утримувати постійну, магнітно стабілізовану форму.
5. Зауважте, що ця суміш реакцій відбувається не з усіма ферофлюїдами, постійно. Демонстрації ферорідин, які ви бачите в Інтернеті або в лабораторії, зроблені з певними ферорідинами, які відомі тим, що мають такий ефект. Інші ферорідини можуть поводитися по-різному, хоча жодна з них не є настільки вражаючою візуально.

Практичне застосування феросплавів

Пам’ятайте, що спочатку ферорідини не були розроблені для розваг: Вони можуть бути створені з заліза, кобальту, нікелю, а також різноманітних масел і поверхнево-активних речовин, що дає їм різноманітне застосування в промисловому світі. Найбільш важливим є, мабуть, їх використання у виробництві напівпровідників, де рідина використовується для ущільнення потужних гідравлічних машин та інших компонентів для збільшення потужності, запобігаючи при цьому забрудненню.

Для прикладу трохи ближче до дому, розглянемо великі, модні колонки. Іноді в цих колонках використовується магніт, оточений ферорідиною: Це охолоджує магніт і допомагає запобігти небажаним вібраціям. Аналогічно, в індивідуальних жорстких дисках SATA іноді використовують ферорідину з аналогічних причин.

У майбутньому вчені сподіваються успішно використовувати ферорідину в якості передавального матеріалу для хімічного лікування в медицині – наприклад, дозволяючи лікарям контролювати, де саме в організмі зосереджена дія ліків.

Купуємо круту ферорідину

Однією з корисних речей про ферофлюїди (на відміну від інших ефектних творів науки) є те, що ви можете легко знайти безпечні версії, що робить їх чудовими для демонстрації в класі або вдома. Так, ви можете абсолютно точно купити власні ферорідини, і у вас навіть є кілька різних варіантів:

Набори з рідиною в пляшках: Вони, як правило, дешеві і з ними легко грати. Однак, ферофлюїди відомі тим, що забарвлюють все, до чого торкаються, тому вам доведеться бути дуже обережними при їх використанні. Бажано мати певний досвід.

Скляні пляшки з дисплеєм: Вони безпечніші і красивіші – Ви просто використовуєте магніти для переміщення ферорідини по пляшці. Однак тут є дві проблеми. По-перше, ці пляшки не вічні, тому що рідина з часом починає осідати або покривати поверхню пляшки. По-друге, ці пляшки щільно закупорені, а це означає, що вони часто погано переносять мінусові температури.

• Художні варіанти оформлення: Це більш вигадливі пляшки або дисплеї, схожі на лавові лампи, призначені більше для демонстрації, ніж для навчання. Завжди уважно читайте відгуки про них, щоб переконатися, що дисплей не має жодних довгострокових проблем.
• Створення власної ферорідини
• Якщо ви більше схильні до саморобки, ви можете навіть створити власну ферорідину, хоча це значно небезпечніше, ніж просто купити пляшку. Однак деякі любителі створюють ферофлюїд як потужний кислотний реагент, або навіть використовують його для створення власних творів мистецтва. Просто будьте готові використовувати деякі хитрі хімічні речовини, такі як хлорид заліза та аміак, а також необхідне обладнання для його кип’ятіння (і всі ризики, які це тягне за собою). Лабораторія часто є найкращим місцем для такого проекту, і якщо ви знайдете відповідний клас, ви навіть зможете створити його в рамках проекту.

Рекомендації редакції

Останній хитрий трюк графену? Як зупинити комарів від укусів

Все, що потрібно знати про літак Boeing 737 Max 8

• Все, що вам потрібно знати про компанію Boring Company
• Що таке штучна нейронна мережа? Ось все, що вам потрібно знати
• Що таке Hyperloop? Тут все, що вам потрібно знати

Source: digitaltrends.com