DIY magnetna tečnost kod kuće. Uradi sam feromagnetna tečnost sa kartridžom za laserski štampač. Proizvodnja magnetnog fluida mehanički

Osobi daleko od naučnih otkrića, koja se u školi oprostila od fizike ili hemije, mnoge stvari izgledaju neobično. Koristeći, na primjer, električne uređaje u svakodnevnom životu, ne razmišljamo o tome kako oni točno funkcioniraju, uzimajući blagodati civilizacije zdravo za gotovo. Ali kada je u pitanju nešto što prevazilazi svakodnevnu percepciju, čak i odrasli se začude, poput djece, i počnu vjerovati u čuda.

Kako se, osim magijom, može objasniti fenomen nastanka trodimenzionalnih figura, cvijeća i piramida, magijskih slika koje zamjenjuju jedna drugu iz naizgled obične tekućine? Ali to nije magija, nauka daje obrazloženje za ono što se dešava.

Šta je ferofluid?

Govorimo o ferofluidu - koloidnom sistemu koji se sastoji od vode ili drugog organskog rastvarača koji sadrži sitne čestice magnetita i bilo kojeg materijala koji sadrži željezo. Njihove veličine su toliko male da ih je teško zamisliti: desetine puta su tanje od ljudske kose! Takvi mikroskopski indikatori veličine omogućavaju im da budu ravnomjerno raspoređeni u rastvaraču pomoću termičkog kretanja.

Za sada, sve dok nema spoljašnjeg uticaja, tečnost je mirna, nalik na ogledalo. Ali čim u ovo "ogledalo" dovedete usmjereno magnetsko polje, ono oživi, ​​pokazujući gledaocu zadivljujuće trodimenzionalne slike: magično cvijeće cvjeta, na površini rastu pokretne figure, mijenjajući se pod utjecajem polja.

U zavisnosti od jačine i smjera magnetskog polja, slike se mijenjaju pred našim očima - od laganih, jedva primjetnih mreškanja koje se pojavljuju na površini tekućine, preko iglica i vrhova koji mijenjaju oštrinu i nagib i prerastaju u cvijeće i drveće.

Sposobnost stvaranja slika u boji pomoću pozadinskog osvjetljenja, koja zaista očarava promatrača, otkriva mu nepoznati svijet.

Nažalost, metalne čestice, iako se nazivaju feromagnetne, nisu feromagnetne u punom smislu, jer ne mogu zadržati svoj nastali oblik nakon nestanka magnetnog polja. Zato što nemaju sopstvenu magnetizaciju. S tim u vezi, upotreba ovog otkrića, koje, inače, nije sasvim novo - napravio ga je Amerikanac Rosenzweig sredinom prošlog stoljeća, nije našla široku primjenu.

Kako napraviti i gdje se koristi feromagnetna tekućina?

Ferofluidi se koriste u elektronici i automobilskoj industriji i želim vjerovati da njihova široka primjena nije daleko, a razvojem nanotehnologije će biti dosta rasprostranjena. U međuvremenu, ovo je uglavnom zabava za publiku koja se divi, razmažena raznim vrstama spektakla.

Trodimenzionalne slike vas tjeraju da ih gledate sa suspregnutim dahom, sumnjate da li je ovo montaža i tražite objašnjenje za ono što se događa, barem na internetu. Ko zna, možda će dječačić koji danas otvorenih usta promatra metalne "žive" boje i figure sutra pronaći fundamentalno novu primjenu za ovaj fenomen, praveći revoluciju u nauci i tehnologiji. Ali to je sutra, ali za sada, gledajte i uživajte!

Tatjana Albertovna,
Naravno da ste u pravu – jonska veza karboksilne grupe je jača od donor-akceptorske veze amina. Ali u potonjem slučaju, elektronska struktura površinskog sloja čestice je manje poremećena, što je posebno važno za nanoobjekte (sa smanjenjem veličine povećava se udio atoma na površini). Etanolamini ne bi trebali stabilizirati magnetit, jer 1) mali molekul, sterički faktor je nedovoljan 2) hidrofilan, ne ometa kontakt čestice sa vodom (i rastvorenim kiseonikom). Ipak, oleilamin može biti zanimljiv stabilizator (ili mješavina sa oleinom). Pitanje je van teme: jeste li pokušali proizvesti magnetit (prva faza, koprecipitacija) u magnetnom polju? Trebalo bi nešto naručiti (štapići, na primjer) :))
Vladimir Vladimirovič,
Prema literaturi, Fe(III) može oksidirati nezasićene masne kiseline. Drugim riječima, uz pomoć oleinske kiseline, hematit se može pretvoriti u magnetit. Evo jedne smiješne (samo za Angelinu Valerievnu :)

Aleksandre Borisoviču, apsolutno se slažem sa vama u vezi sa etanolaminima.
Pokušao sam ih koristiti za stabilizaciju magnetita prije 20 godina, kada su se tek istraživali pristupi sintezi magnetnih fluida. Pokušaji stvaranja stabilnih koloidnih sistema bili su praćeni stalnom potragom za nečim novim. Bez grešaka, čak i onih očiglednih sa teorijske tačke gledišta, nikada neće biti rezultata ni razumijevanja.

...jonska veza karboksilne grupe je jača od donor-akceptorske veze amina. Ali u potonjem slučaju, elektronska struktura površinskog sloja čestice je manje poremećena, što je posebno važno za nanoobjekte...
Za nas je, prije svega, važna energija adsorpcione interakcije. Koliko ja razumijem, što je veća energija, to su veće promjene u elektronskoj strukturi površinskog sloja kao rezultat hemisorpcije, i obrnuto. Sve je logično. Pitanje: da li su takve promjene negativne za čestice magnetita prosječnog prečnika 10 nm? Ili obrnuto. Upravo u ovom slučaju promjene u elektronskoj strukturi površinskog sloja kao posljedica hemisorpcije čine adsorpcione interakcije još jačim, a samim tim samo pomažu u rješavanju jednog od primarnih zadataka u sintezi MF-a - stabilizacije čestica dispergirane faze.

Ipak, oleilamin može biti zanimljiv predmet (ili mješavina s oleinom).
Ako bude prilike, svakako ćemo je probati.

Drugim riječima, uz pomoć oleinske kiseline, hematit se može pretvoriti u magnetit.
Ispada zanimljivo. Za magnetit stabilizovan surfaktantom dobijamo omjer 2- i 3-valentnog željeza od 1:8. Ovo više nije magnetit!?
A ako adsorbiramo oleinsku kiselinu na čestice hematita, hoćemo li dobiti pravi magnetit?

Prošle su 52 godine otkako je zaposlenik NASA-e Steve Papell izumio ferofluid. On je rješavao vrlo specifičan problem: kako, u uslovima bestežinskog stanja, natjerati tečnost u rezervoaru za gorivo rakete da se približi rupi iz koje je pumpa pumpala gorivo u komoru za sagorevanje. Tada je Papell došao do netrivijalnog rješenja - dodavanja neke vrste magnetne tvari gorivu kako bi kontrolirao kretanje goriva u rezervoaru pomoću vanjskog magneta. Tako je nastala feromagnetna tečnost.

Papell je koristio magnetit (Fe 3 O 4) kao magnetnu supstancu, koju je mnogo dana drobio posebnom tehnologijom (mljeven u mješavini s oleinskom kiselinom). Rezultat je bila stabilna koloidna suspenzija u kojoj su stabilno postojale sitne čestice magnetita veličine 0,1-0,2 mikrona. Oleinska kiselina u ovom sistemu igrala je ulogu modifikatora površine, koji je sprečavao čestice magnetita da se lepe. S. Papella patent US 3215572 A (Magnetna tečnost niskog viskoziteta dobijena koloidnom suspenzijom magnetnih čestica) je otvoren i može se pogledati na Internetu. Klasični sastav feromagnetne tekućine je 5% (po zapremini) magnetnih čestica, 10% modifikatora površine (oleinska, limunska ili poliakrilna kiselina, itd.). Ostatak je organski rastvarač, uključujući tečna ulja.

Interes za magnetne tekućine je oživio posljednjih godina, a danas su već našli mnoge primjene. Ako takvu tekućinu nanesete na neodimijski magnet, magnet će kliziti po površini s minimalnim otporom, odnosno trenje će se naglo smanjiti. Radioapsorbujući premazi za avione proizvode se u SAD na bazi feromagnetne tečnosti. A tvorci čuvenog Ferrarija koriste magnetoreološku tečnost u ovjesu automobila: manipulirajući magnetom, vozač može u svakom trenutku učiniti ovjes tvrđim ili mekšim. A ovo je samo nekoliko primjera.

Magnetna tečnost je neverovatan materijal. Jednom kada ga stavite u magnetsko polje, raspršene magnetne čestice se ujedinjuju i nižu duž linija polja, pretvarajući se u potpuno čvrstu supstancu. Danas se u mnogim zabavnim emisijama prikazuju trikovi s magnetskom tekućinom, koja se u dodiru s magnetom pretvara u ježeve ili kaktuse koji su besprijekorni u pogledu simetrije. Naravno, možete kupiti feromagnetnu tekućinu, ali je mnogo zanimljivije napraviti je sami.

Pisali smo o tome kako da dobijete samostvrdnjavajuću magnetnu tečnost, koja će vam omogućiti da pod mikroskopom ispitate strukture formirane od magnetnih čestica („Hemija i život“, 2015, br. 11). A evo još jednog recepta za domaći feromagnetna tečnost. Uzmite 50 ml tonera za laserski štampač. Ovaj prah se sastoji od najmanje 40% magnetita, čija je veličina čestica 10 nanometara ili manje. Toner također obavezno sadrži modifikator površine kako se nanočestice ne bi lijepile. Dodajte 30 ml biljnog ulja (dvije supene kašike) u 50 ml tonera i dobro promešajte, ne štedeći vreme u ovom procesu. Rezultat će biti crna homogena tekućina, slična kiseloj pavlaci. Sada ga sipajte u ravnu staklenu posudu sa stranicama tako da debljina sloja bude najmanje centimetar. Stavite magnet ispod dna posude i na ovom mjestu će se u tekućini odmah pojaviti tvrdi jež. Može se pomicati pomoću magneta. Donesete li magnet na površinu tekućine ili sa strane, tekućina će bukvalno iskočiti prema magnetu, stoga budite oprezni. Da biste izbjegli ovaj problem, možete staviti magnetnu tekućinu u malu staklenu konusnu tikvicu, napunite je do pola ili malo manje. Nagnite tikvicu da stvorite sloj tečnosti duž bočne strane tikvice i držite magnet blizu stakla.

Uspjeh ovisi o snazi ​​magneta (mali neodimijski magnet se može kupiti u trgovinama) i kvaliteti tonera. U potonjem slučaju, morate biti sigurni da sadrži magnetni prah.

Toneri koji se nalaze u kertridžima za štampače imaju zanimljiva magnetna svojstva sa kojima možete eksperimentisati u slobodno vreme. Efekat koji oni proizvode je veoma zanimljiv, jer tečnost počinje da se vuče prema magnetu, a osim toga, pojedinačni elementi formiraju bizarne geometrijske oblike. Istina, nisu svi toneri prikladni za ponavljanje ovih uputstava korak po korak. Biće potrebni samo toneri tamne boje, jer se toneri u boji prave bez upotrebe tamnih magnetnih čestica.

Materijali

Da biste napravili magnetnu tekućinu vlastitim rukama, trebat će vam:

• debeli list papira;
• zaštitne rukavice;
• zaštitna maska;
• prazna staklena čaša;
• plastična naljepnica za miješanje;
• biljno ulje;
• kašika;
• široku plastičnu posudu, kao što je tanjir.

Korak 1. Vrlo pažljivo otvorite kertridž kako biste iz njega izlili toner u staklenu čašu. Ukupno će vam trebati oko 50 mm tečnosti. Da biste provjerili da li tekućina koju ste odabrali ima magnetna svojstva, samo provucite magnet duž stijenke čaše. Ako je aktiviran, eksperiment se može nastaviti.

Tečnost tonera nije štetna za vaše zdravlje osim ako je ne udišete ili popijete. Zato morate nositi zaštitne rukavice i masku prije obavljanja ovog posla. Na taj način ćete smanjiti vjerovatnoću trovanja ako vam tekućina slučajno dospije na ruke.

Korak 2. U količinu robe koju ste već primili, potrebno je dodati dvije žlice biljnog ulja. Koristeći plastičnu naljepnicu, dobro promiješajte dobivenu smjesu. Da bi se eksperiment nastavio, mora biti homogen.

Korak 3. Dobivenu magnetnu tekućinu morate pažljivo sipati u široku posudu. To je upravo ono što je potrebno da se vidi sve što će se dogoditi s nastalom magnetnom tekućinom.

Nanesite magnet od dna ploče prema van. Obratite pažnju na ono što se dešava unutar kontejnera. Na mjestu kontakta magneta, tekućinu treba skupiti u voluminoznu tuberkulu u obliku ježa. To su magnetske čestice koje proizvođači dodaju toneru. Mogu biti manji ili veći, što opet zavisi od proizvođača.

Korak 4. Sa ovom tečnošću možete napraviti magnetni uzorak. Da biste to učinili, morate sipati dio tekućine na debeli papir i držati magnet na stražnjoj strani. Pomicanjem s jedne na drugu stranu, crtat ćete.

Ako neke predmete ili namještaj zaprljate tonerom, sve isperite hladnom vodom, to biste trebali moći učiniti bez problema. Ni u kom slučaju ne smijete koristiti toplu vodu, ona će popraviti pigment i onemogućiti njegovo ispiranje.

Da li ste ikada videli magnetnu tečnost? Izgleda kao tečni metal i širi se iglama ako mu prinesete magnet. Ovdje ćete pronaći upute kako napraviti feromagnetnu tekućinu vlastitim rukama kod kuće.

Teorija je sledeća: moderni laserski štampači sadrže mineral magnetit (Fe3O4). Potrebno je da se čestice boje zalijepe za papir. Ovaj mineral reaguje na magnetna polja i stoga je vrlo pogodan za naš eksperiment.

Korak 1: Materijali

• Zaštitne rukavice
• Zaštitna maska
• Staklena mernica
• Kartridž (stari) od štampača ili kopir mašine
• Štap za mešanje
• Mala posuda i komad papira
• Snažan neodimijum magnet

Korak 2: Sakupite toner

Pažljivo sipajte toner iz kertridža u staklenu čašu. Potrebno vam je oko 50 ml.
Prođite magnetom preko VANJSKE ŠOLJE kako biste bili sigurni da je toner magnetski.

Budite oprezni: Toner je relativno siguran sve dok ga ne udišete ili ne pijete, ali se vrlo lako prska i stvara veliki nered, stoga nosite zaštitne rukavice i masku.

Korak 3: Dodajte ulje

Dodajte dve kašike ulja.

Korak 4: Promiješajte

Mešajte dok tečnost ne postane potpuno homogena.

Korak 5: Reakcija magneta

1. Sipajte malo tečnosti u malu posudu.
2. Postavite magnet ispod dna posude
3. Tečnost će početi da se širi!

Ako rezultat ne izgleda kao ono što vidite na fotografiji, onda je najvjerovatnije problem s tonerom. Neki brendovi sadrže više ili manje magnetnih komponenti. Također možete pokušati dodati još malo ulja, ili obrnuto, ukloniti ga. Neke marke uopće ne sadrže ferofluid - tada ćete morati pronaći drugi uložak.

Korak 6: Magic Ink

1. Sada sipajte malo magnetne tečnosti na papir
2. Pomerite magnet ispod papira
3. Dobijate “magnetne crteže”!

Ako sve okolo zaprljate tonerom, koristite usisivač za čišćenje ili isperite hladnom vodom. Nemojte koristiti toplu vodu niti trljati područja koja su umrljana tonerom - to može uzrokovati trajno trljanje tonera u površinu.