اولین مایع تمام مغناطیسی ساخته شد
ايسنا/ دانشمندان آزمايشگاه برکلي(Berkeley) موفق به ساخت نخستين سيال تمام مغناطيسي دنيا شدهاند. همانطور که ميدانيد آهنرباها هميشه به حالت جامد هستند، اما نزديکترين چيزي که به يک مايع مغناطيسي داريم، يک طبقه از مايعات به نام "فروسيال"(ferrofluid) است. فروسيالها از ذرات آهن-اکسيد معلق در مايعات ساخته شدهاند و زماني که در معرض آهنربا قرار ميگيرند تنها به طور موقت مغناطيسي هستند. اما اکنون محققان آزمايشگاه ملي "لارنس برکلي" توانستهاند اولين مايع تمام مغناطيسي دائمي را ايجاد کنند که ميتواند راههاي جديدي براي صنايع الکترونيک و رباتيک باز کند. فروسيالها حدودا از دهه 1960 بکار گرفته شدهاند و از آن موقع در بلندگوها، ساعتهاي چشم نواز و سطوحي که ميتوانند چسبندگي و لغزندگي خود را براساس نياز تغيير دهند، استفاده شدهاند و ممکن است به زودي براي حرکت ماهوارههاي کوچک استفاده شوند. اما در تمام اين موارد، مايع تنها زماني خواص مغناطيسي خود را نشان ميدهد که يک ميدان مغناطيسي بر آن اعمال شود، در حالي که مايع مغناطيسي جديد آزمايشگاه برکلي اولين سيالي است که به طور دائمي مغناطيسي است. "تام راسل" پژوهشگر ارشد اين مطالعه ميگويد: ما يک ماده جديد ساختهايم که هم مايع و هم مغناطيسي است. هيچکس تا به حال چنين چيزي را مشاهده نکرده است. اين مايع، ما را هم متعجب کرد. وي افزود: اگر يک فروسيال به طور موقت مغناطيسي باشد، ما چگونه ميتوانيم آن را به طور دائمي مغناطيسي کنيم و مانند يک آهنرباي جامد رفتار کند، اما همچنان حالت مايع داشته باشد؟ اين تيم با چاپ سه بعدي قطرات يک ميليمتري از يک فروسيال شروع کرد که هر کدام داراي ميلياردها نانوذره آهن-اکسيد با عرض تنها 20 نانومتر بودند. اين نانوذرات در يک محلول ديگر معلق بودند. محققان در بررسي دقيقتر دريافتند که قطرات شکل خود را حفظ کردند، زيرا نانوذرات اطراف لبههاي آنها را گرفته بودند. سپس محققان يک سيمپيچ مغناطيسي را از روي قطرات گذراندند که موجب فعال شدن مغناطيس آنها شد. اما برخلاف فروسيالهاي معمولي، اين مغناطيس حتي پس از برداشتن سيمپيچ نيز باقي ماند و قطرات شروع به چرخش هماهنگ به دور يکديگر کردند. با مطالعه مغناطيس قطرات، تيم متوجه شد که چرا اين اتفاق افتاده است. هر نانوذره آهن-اکسيد موجود در هر قطره به طور مستقل و همزمان به ميدان مغناطيسي واکنش نشان داد و به دليل اينکه بسياري از آنها در سطح با هم جمع شده شوند، اساسا يک پوسته مغناطيسي جامد را تشکيل دادند. اين ذرات بيروني همچنين جهتگيري مغناطيسي خود را از روي نانوذرات موجود در هسته گذراندند. همانطور که از مايع مغناطيسي انتظار ميرود، خواص مغناطيسي خود را در هر شکلي حفظ ميکند. محققان نشان دادند که اين مايع ميتواند قطرهها را به قسمتهاي کوچکتر تقسيم کند يا آنها را به شکل کره، سيلندر، پنکيکي، لولهاي و حتي به شکل هشت پا دربياورد، در حالي که هنوز مغناطيسي هستند. مهمتر از همه، قطرهها قابل تنظيم هستند، بنابراين ميتوان حالت مغناطيسي آنها را روشن و خاموش کرد. در مجموع، اين خواص ميتواند اين قطرات را در رباتها و يا دستگاههاي الکترونيکي بسيار مفيد و کاربردي کند. تيم سازنده ميگويد از آنها ميتوان براي توليد سلولهاي مصنوعي چاپ سه بعدي مايع و يا رباتهاي تحت کنترل مغناطيسي که داروها را داخل بدن حمل ميکنند، استفاده شود. فِروسيال يا فِروفلوئيد ترکيبي از دو واژه فرومغناطيس و فِلوئيد به معناي شاره يا سيال يا محلول مغناطيسي شارهاي است که در حضور يک ميدان مغناطيسي به شدت مغناطيده ميشود. فروسيال مخلوطي کلوئيدي، متشکل از ذرات فرومغناطيسي در ابعاد نانو يا ذرات فرومغناطيسي به صورت معلق در يک مايع حامل(معمولاً يک حلال آلي يا آب) است. هر ذره کوچک کاملاً پوشيده از سورفاکتانت است تا مانع لخته شدن شود. زماني که اين مايع در ميدان مغناطيسي قوي قرار ميگيرد، ذرات فرومغناطيسي لختههاي بزرگي را تشکيل ميدهند و به اين صورت ميتوان ذرات فرومغناطيسي بزرگ را از مخلوط کلوئيدي همگن جدا کرد. جاذبه مغناطيسي بين نانوذرات به اندازهاي ضعيف است که نيروي واندروالسي سورفاکتانت براي جلوگيري از تودهاي شدن يا لخته شدن کفايت ميکند. فروسيال معمولا زماني که در يک ميدان مغناطيسي خارجي قرار نگرفته است، خاصيت مغناطيسي خود را حفظ نميکند و به همين دليل در هنگام طبقهبندي، به جاي گروه فِرومغناطيسها در گروه ابرپارامغناطيسها(Superparamagnet) قرار ميگيرد. تفاوت بين فروسيالها و مايعات مغناطيسي يا همان مايعهاي MR اندازه ذرات آنهاست. ذرات موجود در فروسيالها عمدتا ذرات نانو هستند که در مايع معلق ميباشند و بهطور کلي در شرايط معمولي تهنشين نميشوند. در حالي که ذرات تشکيل دهنده مايعات مغناطيسي عمدتا در مقياس ميکرومتر هستند که براي معلق ماندن بسيار سنگينند و به مرور زمان به دليل تفاوت چگالي ذاتي بين ذرات تشکيل دهنده و سيال حامل، تهنشين ميشوند. از اين رو مادههاي فروسيال و مايعات مغناطيسي کاربردهاي متفاوتي دارند. اين پژوهش در مجله Science منتشر شده است.