Направи си сам магнитна течност у дома. Направи си сам феромагнитна течност с касета за лазерен принтер. Механично производство на магнитна течност

За човек, далеч от научните открития, който се сбогува с физиката или химията в училище, много неща изглеждат необичайни. Използвайки например електрическите уреди в ежедневието, ние не се замисляме как точно работят, приемайки благата на цивилизацията за даденост. Но когато става въпрос за нещо, което надхвърля всекидневното възприятие, дори възрастните се учудват като деца и започват да вярват в чудеса.

Как, освен с магия, може да се обясни феноменът на появата на триизмерни фигури, цветя и пирамиди, магически картини, които се сменят една друга от една на пръв поглед обикновена течност? Но това не е магия, науката дава обосновка за това, което се случва.

Какво е ферофлуид?

Говорим за ферофлуид - колоидна система, състояща се от вода или друг органичен разтворител, съдържащ миниатюрни частици магнетит, и всеки материал, който съдържа желязо. Техните размери са толкова малки, че дори е трудно да си представим: те са десетки пъти по-тънки от човешки косъм! Такива микроскопични индикатори за размер им позволяват да бъдат равномерно разпределени в разтворителя чрез термично движение.

За момента, докато няма външно влияние, течността е спокойна, прилича на огледало. Но веднага щом донесете насочено магнитно поле към това „огледало“, то оживява, показвайки на зрителя невероятни триизмерни картини: цъфтят магически цветя, движещи се фигури растат на повърхността, променяйки се под въздействието на полето.

В зависимост от силата и посоката на магнитното поле, картините се менят пред очите ни - от леки, едва забележими вълнички, появяващи се по повърхността на течността, през игли и върхове, които променят остротата и наклона и прерастват в цветя и дървета.

Способността да създавате цветни картини с помощта на фоново осветление, наистина хипнотизираща за наблюдателя, разкрива непознат свят пред него.

За съжаление, металните частици, въпреки че се наричат ​​феромагнитни, не са феромагнитни в пълния смисъл на думата, тъй като не могат да запазят получената си форма след изчезването на магнитното поле. Защото нямат собствено намагнитване. В тази връзка използването на това откритие, което между другото не е съвсем ново - направено е от американеца Розенцвайг в средата на миналия век, не е намерило широко приложение.

Как се прави и къде се използва феромагнитна течност?

Ферофлуидите се използват в електрониката и автомобилната индустрия и бих искал да вярвам, че широкото им използване не е далеч и с развитието на нанотехнологиите те ще бъдат използвани доста широко. Междувременно това е забавление най-вече за възхитената публика, разглезена от различни видове зрелища.

Триизмерните картини ви карат да ги гледате със затаен дъх, да се съмнявате дали това не е монтаж и да търсите обяснение за случващото се поне в интернет. Кой знае, може би малко момче, което днес гледа с отворена уста метални „живи“ цветове и фигури, утре ще намери принципно ново приложение на този феномен, правейки революция в науката и технологиите. Но това е утре, но засега гледайте и се наслаждавайте!

Татяна Албертовна,
Вие, разбира се, сте прав - йонната връзка на карбоксилната група е по-силна от донорно-акцепторната връзка на амина. Но в последния случай електронната структура на повърхностния слой на частицата е по-малко нарушена, което е особено важно за нанообектите (с намаляване на размера делът на атомите на повърхността се увеличава). Етаноламините не трябва да стабилизират магнетита, т.к 1) малка молекула, пространственият фактор е недостатъчен 2) хидрофилна, не пречи на контакта на частицата с вода (и разтворен кислород). Все пак олеиламинът може да бъде интересен стабилизатор (или смес с олеин). Въпросът не е по темата: опитвали ли сте да произвеждате магнетит (първи етап, съвместно утаяване) в магнитно поле? Трябва да има нещо поръчано (стикове например) :))
Владимир Владимирович,
Според литературата Fe(III) може да окислява ненаситени мастни киселини. С други думи, с помощта на олеинова киселина хематитът може да се превърне в магнетит. Ето една забавна (само за Ангелина Валериевна :)

Александър Борисович, абсолютно съм съгласен с вас за етаноламините.
Опитах се да ги използвам за стабилизиране на магнетит преди 20 години, когато подходите за синтез на магнитни течности тепърва се изследваха. Опитите за създаване на стабилни колоидни системи бяха придружени от постоянно търсене на нещо ново. Без грешки, дори очевидни от теоретична гледна точка, никога няма да има резултати или разбиране.

...йонната връзка на карбоксилната група е по-силна от донорно-акцепторната връзка на амина. Но във втория случай електронната структура на повърхностния слой на частицата е по-малко нарушена, което е особено важно за нанообектите...
Това, което е важно за нас, на първо място, е енергията на адсорбционното взаимодействие. Както разбирам, колкото по-голяма е енергията, толкова по-големи са промените в електронната структура на повърхностния слой в резултат на хемосорбцията и обратно. Всичко е логично. Въпрос: такива промени отрицателни ли са за магнетитни частици със среден диаметър 10 nm? Или обратното. Точно в този случай промените в електронната структура на повърхностния слой в резултат на хемосорбцията правят адсорбционните взаимодействия още по-силни и следователно само помагат за решаването на една от основните задачи при синтеза на МФ - стабилизирането на частиците от дисперсната фаза.

Все пак олеиламинът може да бъде интересен обект (или смес с олеин).
Ако има възможност, определено ще опитаме.

С други думи, с помощта на олеинова киселина хематитът може да се превърне в магнетит.
Получава се интересно. За магнетит, стабилизиран с повърхностноактивно вещество, получаваме съотношение на 2- и 3-валентно желязо 1:8. Това вече не е магнетит!?
И ако адсорбираме олеинова киселина върху частици хематит, ще получим ли истински магнетит?

Изминаха 52 години, откакто служителят на НАСА Стив Папел изобрети ферофлуид. Той решаваше много специфичен проблем: как в условията на безтегловност да принуди течността в горивния резервоар на ракетата да се приближи до дупката, от която помпата изпомпва гориво в горивната камера. Тогава Papell предложи нетривиално решение - добавяне на някакво магнитно вещество към горивото, за да контролира движението на горивото в резервоара с помощта на външен магнит. Така се роди феромагнитната течност.

Papell използва магнетит (Fe 3 O 4) като магнитно вещество, което раздробява по специална технология (смляно в смес с олеинова киселина) в продължение на много дни. Резултатът беше стабилна колоидна суспензия, в която стабилно съществуваха малки частици магнетит с размер 0,1-0,2 микрона. Олеиновата киселина в тази система играе ролята на повърхностен модификатор, който предотвратява слепването на магнетитните частици. Патентът на S. Papella US 3215572 A (магнитен флуид с нисък вискозитет, получен чрез колоидна суспензия на магнитни частици) е отворен и може да се види в Интернет. Класическият състав на феромагнитна течност е 5% (по обем) магнитни частици, 10% повърхностен модификатор (олеинова, лимонена или полиакрилова киселина и др.). Останалото е органичен разтворител, включително течни масла.

Интересът към магнитните течности се възроди през последните години и днес те вече са намерили много приложения. Ако нанесете такава течност върху неодимов магнит, магнитът ще се плъзне по повърхността с минимално съпротивление, тоест триенето рязко ще намалее. Радиопоглъщащите покрития за самолети се произвеждат в САЩ на базата на феромагнитна течност. А създателите на известното Ferrari използват магнитореологична течност в окачването на автомобила: чрез манипулиране на магнита водачът може да направи окачването по-твърдо или по-меко по всяко време. И това са само няколко примера.

Магнитната течност е невероятен материал. След като го поставите в магнитно поле, разпръснатите магнитни частици се обединяват и се подреждат по линиите на полето, превръщайки се в напълно твърдо вещество. Днес в много развлекателни предавания се показват трикове с магнитна течност, която при контакт с магнит се превръща в безупречни по отношение на симетрията таралежи или кактуси. Разбира се, можете да си купите феромагнитна течност, но е много по-интересно да я направите сами.

Писахме за това как да се получи самовтвърдяваща се магнитна течност, която ще ви позволи да изследвате структурите, образувани от магнитни частици под микроскоп („Химия и живот“, 2015, № 11). И ето още една рецепта за домашно феромагнитна течност. Вземете 50 ml тонер за лазерен принтер. Този прах се състои от най-малко 40% магнетит, чийто размер на частиците е 10 нанометра или по-малко. Тонерът задължително съдържа и повърхностен модификатор, за да не се слепват наночастиците. Добавете 30 ml растително масло (две супени лъжици) към 50 ml тоник и разбъркайте добре, като не пестите време в този процес. Резултатът ще бъде черна хомогенна течност, подобна на заквасена сметана. Сега го изсипете в плосък стъклен съд със стени, така че дебелината на слоя да е поне сантиметър. Поставете магнит под дъното на контейнера и в този момент в течността веднага ще се появи твърд таралеж. Може да се движи с помощта на магнит. Ако доближите магнит до повърхността на течността или отстрани, течността буквално ще изскочи към магнита, така че бъдете внимателни. За да избегнете този проблем, можете да поставите магнитната течност в малка стъклена конична колба, като я напълните наполовина или малко по-малко. Наклонете колбата, за да създадете слой течност отстрани на колбата и дръжте магнита близо до стъклото.

Успехът зависи от силата на магнита (в магазините може да се закупи малък неодимов магнит) и качеството на тонера. В последния случай трябва да сте сигурни, че съдържа магнитен прах.

Тонерите, намиращи се в касетите за принтери, имат интересни магнитни свойства, с които можете да експериментирате в свободното си време. Ефектът, който произвеждат е много интересен, тъй като течността започва да се притегля към магнита, а освен това отделните елементи образуват причудливи геометрични форми. Вярно е, че не всички тонери са подходящи за повтаряне на тези инструкции стъпка по стъпка. Ще са необходими само тонери с тъмен цвят, тъй като цветните тонери се произвеждат без използването на тъмни магнитни частици.

Материали

За да направите магнитна течност със собствените си ръце, ще ви трябва:

• дебел лист хартия;
• защитни ръкавици;
• защитна маска;
• празна стъклена чаша;
• пластмасов стикер за разбъркване;
• растително масло;
• лъжица;
• широк пластмасов контейнер, като чиния.

Етап 1. Много внимателно отворете касетата, за да излеете тонера от нея в стъклена чаша. Общо ще ви трябват около 50 мм течност. За да проверите дали избраната от вас течност има магнитни свойства, просто прокарайте магнит по стената на чашата. Ако е активиран, експериментът може да продължи.

Тонерната течност не е вредна за вашето здраве, освен ако не я вдишвате или пиете. Ето защо трябва да носите защитни ръкавици и маска, преди да извършите тази работа. По този начин ще намалите вероятността от отравяне, ако течност случайно попадне в ръцете ви.

Стъпка 2. Към обема на стоките, които вече сте получили, трябва да добавите две супени лъжици растително масло. С помощта на пластмасов стикер разбъркайте добре получената смес. За да продължите експеримента, той трябва да бъде хомогенен.

Стъпка 3. Трябва внимателно да излеете получената магнитна течност в широк съд. Точно това е необходимо, за да се види всичко, което ще се случи с получената магнитна течност.

Поставете магнит от дъното на чинията навън. Обърнете внимание какво се случва вътре в контейнера. В точката на контакт на магнита течността трябва да се събере в обемна туберкулоза във формата на таралеж. Това са магнитните частици, които производителите добавят към тонера. Те могат да бъдат по-малки или по-големи, което отново зависи от производителя.

Стъпка 4. С тази течност можете да направите магнитна шарка. За да направите това, трябва да излеете част от течността върху плътна хартия и да държите магнит от задната страна. Като го движите от една страна на друга, ще рисувате.

Ако изцапате предмети или мебели с тонер, изплакнете всичко със студена вода, би трябвало да можете да направите това без никакви проблеми. В никакъв случай не използвайте гореща вода, тя ще фиксира пигмента и ще направи невъзможно измиването му.

Виждали ли сте някога магнитна течност? Прилича на течен метал и се разширява с игли, ако донесете магнит до него. Тук ще намерите инструкции как да направите феромагнитна течност със собствените си ръце у дома.

Теорията е следната: съвременните лазерни принтери съдържат минерала магнетит (Fe3O4). Необходимо е, за да може частиците боя да се придържат към хартията. Този минерал реагира на магнитни полета и затова е много подходящ за нашия експеримент.

Стъпка 1: Материали

• Защитни ръкавици
• Защитна маска
• Стъклена мерителна чаша
• Касета (стара) от принтер или копир
• Пръчка за разбъркване
• Малък контейнер и лист хартия
• Силен неодимов магнит

Стъпка 2: Съберете тонер

Внимателно изсипете тонера от касетата в стъклена чаша. Необходими са ви около 50 мл.
Прокарайте магнит през ВЪНШНАТА ЧАША, за да се уверите, че тонерът е магнитен.

Бъдете внимателни: Тонерът е относително безопасен, стига да не го вдишвате или пиете, но се пръска много лесно и създава много бъркотия, така че носете защитни ръкавици и маска.

Стъпка 3: Добавете масло

Добавете две супени лъжици масло.

Стъпка 4: Разбъркайте

Бъркайте докато течността стане напълно хомогенна.

Стъпка 5: Магнитна реакция

1. Изсипете малко течност в малък съд.
2. Поставете магнит под дъното на контейнера
3. Течността ще започне да се разширява!

Ако резултатът не изглежда като това, което виждате на снимката, тогава най-вероятно има проблем с тонера. Някои марки съдържат повече или по-малко магнитни компоненти. Можете също да опитате да добавите малко повече масло или обратното, да го премахнете. Някои марки изобщо не съдържат ферофлуид - тогава ще трябва да намерите друга касета.

Стъпка 6: Магическо мастило

1. Сега изсипете малко магнитна течност върху хартията
2. Преместете магнита под хартията
3. Получавате „магнитни рисунки“!

Ако изцапате всичко наоколо с тонер, използвайте прахосмукачка за почистване или изплакнете със студена вода. Не използвайте гореща вода и не търкайте места, които са зацапани с тонер - това може да доведе до трайно втриване на тонера в повърхността.