Znanstvenici stvaraju magnetsku tekućinu prvi put - a njezini pokreti očaravaju - - Gotovo nismo mogli vjerovati

Sve Vijesti

I izumitelji prošlih stoljeća i današnji znanstvenici pronašli su domišljate načine kako poboljšati svoj život magnetima - od magnetske igle na kompasu do magnetskih uređaja za pohranu podataka, pa čak i MRI uređaja za skeniranje tijela.

Sve se ove tehnologije oslanjaju na magnete izrađene od čvrstih materijala. Ali što ako biste mogli napraviti magnetski uređaj od tekućina?


Koristeći modificirani 3D printer, tim znanstvenika iz Nacionalnog laboratorija Lawrence Berkeley iz Odjela za energiju (Berkeley Lab) učinio je upravo to. Njihova otkrića objavljena početkom ovog tjedna u časopisu Znanost , mogao bi dovesti do revolucionarne klase tekućih uređaja za ispis za razne primjene - uključujući umjetne stanice koje pružaju ciljane terapije raka.

To znači da primjenom vanjskog magnetskog polja znanstvenici mogu kontrolirati tekuće uređaje napravljene na ovaj način, 'poput mahanja štapom Harryja Pottera'.

„Napravili smo novi materijal koji je i tekući i magnetski. Nitko to nikad prije nije primijetio ”, rekao je Tom Russell, gostujući fakultetski znanstvenik u laboratoriju Berkeley i profesor polimernih znanosti i inženjerstva na Sveučilištu Massachusetts, Amherst, koji je vodio studiju. 'Ovo otvara vrata novom području znanosti o magnetskoj mekoj materiji.'

GLEDATI: Studenti dizajniraju vakuum za plažu koji može usisati mikroplastiku ostavljajući sav pijesak


Posljednjih se sedam godina Russell, koji vodi program pod nazivom Adaptive Interfacial Assemblies Towards Structuring Liquids, usredotočio se na razvoj nove klase materijala - 3D-ispisive svetekuće strukture. Russell i Xubo Liu, vodeći autor studije, došli su na ideju da formiraju tekuće strukture od ferofluida, koji su otopine čestica željezo-oksida koje postaju jako magnetske u prisutnosti drugog magneta.

'Pitali smo se:' Ako ferofluid može postati privremeno magnetski, što bismo mogli učiniti da on postane trajno magnetski i ponaša se poput čvrstog magneta, ali i dalje izgleda i osjeća kao tekućina? ''Rekao je Russell.


PROVJERI: Otkako je Duo otac-sin dizajnirao revolucionarnu košnicu 'Med na dodir', postoji 51 000 novih pčelinjih zajednica

Da bi to saznali, Russell i Liu koristili su tehniku ​​3D ispisa koju su pomogli razviti za ispis kapljica milimetra iz otopine ferrofluida koja sadrži nanočestice željeznog oksida promjera samo 20 nanometara (prosječna veličina proteina antitijela).

Koristeći površinsku kemiju i sofisticirane tehnike mikroskopije atomske sile, znanstvenici iz osoblja Paul Ashby i Brett Helms iz Molekularne ljevaonice Berkeley Lab otkrili su da su nanočestice stvorile čvrstu ljusku na površini između dviju tekućina kroz fenomen nazvan 'međufazno ometanje'. To uzrokuje nanočestice da se skupe na površini kapljice, 'poput zidova koji se spajaju u maloj sobi prepunoj ljudi', rekao je Russell.

Da bi postali magnetni, znanstvenici su kapljice stavljali magnetskom zavojnicom u otopinu. Kao što se očekivalo, magnetska zavojnica povukla je nanočestice željezo-oksida prema sebi.


POVEZANO: Robert Downey mlađi stvara zakladu koja će koristiti robote za čišćenje okoliša

Ali kad su uklonili magnetsku zavojnicu, dogodilo se nešto sasvim neočekivano.

Poput sinkroniziranih plivača, kapljice su gravitirale jedna prema drugoj u savršenom jednoglasju, tvoreći elegantni kovitlac 'poput malih plesnih kapljica', rekao je Liu. (Pogledajte video ispod ...)

Kako bi nanočestice željezo-oksida postale trajno magnetske, znanstvenici su postavili kapljice magnetskom zavojnicom u otopinu. Kao što se očekivalo, magnetska zavojnica povukla je nanočestice željezo-oksida prema sebi. (Zasluge: Xubo Liu i suradnici / Berkeley Lab)

Te su kapljice nekako postale trajno magnetske. 'Gotovo nismo mogli vjerovati', rekao je Russell. 'Prije naše studije, ljudi su uvijek pretpostavljali da se trajni magneti mogu izrađivati ​​samo od čvrstih tijela.'

Svi magneti, bez obzira koliko bili veliki ili mali, imaju sjeverni i južni pol. Suprotni polovi se međusobno privlače, dok se isti polovi odbijaju.

IZGLED: Inspirirani srednjoškolskom knjigom, znanstvenici stvaraju pročistač vode u obliku ruže koji košta samo 2 centa

Kroz magnetometrijska mjerenja znanstvenici su otkrili da kada postave magnetsko polje kapljicom, sve nanočestice sjever-jug polova, od 70 milijardi nanočestica željeznog oksida koje plutaju u kapljici do milijarde nanočestica na površini kapljice , odgovorio je jednoglasno, baš poput čvrstog magneta.

Ključ ovog nalaza bile su nanočestice željezo-oksida koje su se čvrsto zalijepile na površini kapljice. Sa samo 8 nanometara između svake milijarde nanočestica, zajedno su stvorili čvrstu površinu oko svake kapljice tekućine.

VIŠE: Samo dodajte vodu - nova baterija za sol mogla bi vam pomoći da napišete kraj fosilnih goriva

Nekako, kad se zaglavljene nanočestice na površini namagnete, prenose tu magnetsku orijentaciju na čestice koje plivaju oko jezgre i cijela kapljica postaje trajno magnetska - baš poput krutine, objasnili su Russell i Liu.

Promjena oblika kako bi se prilagodili njihovoj okolini

Istraživači su također otkrili da su magnetska svojstva kapljice sačuvana čak i ako su kapljicu podijelili u manje, tanje kapljice otprilike veličine ljudske dlake, dodao je Russell.

Među mnogim nevjerojatnim kvalitetama magnetskih kapljica ono što se još više ističe, primijetio je Russell, jest da mijenjaju oblik kako bi se prilagodili svojoj okolini. Oni se pretvaraju iz kugle u cilindar u palačinku ili cijev tanku poput pramenova kose, ili čak u oblik hobotnice - sve bez gubitka svojih magnetskih svojstava.

IZGLED: Generator koji električnu energiju stvara iz gravitacije mogao bi revolucionirati obnovljivu energiju

Kapljice se također mogu podesiti za prebacivanje između magnetskog i nemagnetskog načina. A kad je njihov magnetski način rada uključen, njihovim se kretanjima može daljinski upravljati prema uputama vanjskog magneta, dodao je Russell.

Liu i Russell planiraju nastaviti istraživanje u laboratoriju Berkeley i drugim nacionalnim laboratorijima kako bi razvili još složenije 3D otisnute magnetske tekuće strukture, poput umjetne stanice s otisnutim tekućinom, ili minijaturne robotike koja se kreće poput malog propelera za neinvazivnu, ali ciljanu isporuku terapije lijekovima oboljelim stanicama.

'Ono što je započelo kao znatiželjno promatranje, na kraju je otvorilo novo područje znanosti', rekao je Liu. 'To su nešto o čemu svi mladi istraživači sanjaju, a ja sam imao sreću što sam imao priliku surađivati ​​sa sjajnom skupinom znanstvenika podržanih korisničkim objektima svjetske klase Berkeley Laba kako bih to ostvario', rekao je Liu.

Pretiskano iz Laboratorij Berkeley

(GLEDATItekućina u akciji u videu ispod)

Budite sigurni i podijelite očaravajuće vijesti sa svojim prijateljima na društvenim mrežama ...