DIY magnetska tekućina kod kuće. DIY feromagnetska tekućina s uloškom za laserski pisač. Mehanička proizvodnja magnetske tekućine

Čovjeku daleko od znanstvenih otkrića, koji se u školi oprostio od fizike ili kemije, mnoge stvari izgledaju neobično. Koristeći, primjerice, električne uređaje u svakodnevnom životu, ne razmišljamo o tome kako oni točno rade, uzimajući blagodati civilizacije zdravo za gotovo. Ali kada se radi o nečemu što nadilazi svakodnevnu percepciju, i odrasli se začude, poput djece, i počnu vjerovati u čuda.

Kako, osim magijom, objasniti fenomen nastanka trodimenzionalnih figura, cvjetova i piramida, magičnih slika koje se smjenjuju iz naizgled obične tekućine? Ali to nije magija, znanost daje objašnjenje za ono što se događa.

Što je ferrofluid?

Riječ je o ferofluidu - koloidnom sustavu koji se sastoji od vode ili drugog organskog otapala koje sadrži sitne čestice magnetita, te bilo kojeg materijala koji sadrži željezo. Njihove su veličine toliko male da je čak i teško zamisliti: desetke su puta tanje od ljudske vlasi! Takvi mikroskopski indikatori veličine omogućuju im da budu ravnomjerno raspoređeni u otapalu pomoću toplinskog kretanja.

Za sada, dok nema vanjskih utjecaja, tekućina je mirna, nalik zrcalu. Ali čim dovedete usmjereno magnetsko polje do ovog "zrcala", ono oživi, ​​pokazujući gledatelju nevjerojatne trodimenzionalne slike: čarobno cvijeće cvjeta, pokretne figure rastu na površini, mijenjajući se pod utjecajem polja.

Ovisno o jačini i smjeru magnetskog polja, slike se pred našim očima izmjenjuju - od laganih, jedva primjetnih valova koji se pojavljuju na površini tekućine, preko iglica i vrhova koji mijenjaju oštrinu i nagib te izrastaju u cvijeće i drveće.

Sposobnost stvaranja slika u boji pomoću pozadinskog osvjetljenja, istinski očaravajuća za promatrača, otkriva mu nepoznati svijet.

Nažalost, metalne čestice, iako ih nazivamo feromagnetima, nisu feromagnetici u punom smislu, jer ne mogu zadržati svoj dobiveni oblik nakon nestanka magnetskog polja. Budući da nemaju vlastitu magnetizaciju. S tim u vezi, korištenje ovog otkrića, koje, usput rečeno, i nije posve novo - sredinom prošlog stoljeća napravio ga je Amerikanac Rosenzweig, nije našlo široku primjenu.

Kako napraviti i gdje se koristi feromagnetska tekućina?

Ferofluidi se koriste u elektronici i automobilskoj industriji, a volio bih vjerovati da nije daleko njihova široka uporaba, a s razvojem nanotehnologije imat će dosta široku primjenu. U međuvremenu, ovo je uglavnom zabava za oduševljenu publiku, razmaženu raznim vrstama spektakla.

Trodimenzionalne slike tjeraju vas da ih promatrate bez daha, sumnjate je li ovo montaža i tražite objašnjenje za ono što se događa, barem na internetu. Tko zna, možda će dječačić koji danas otvorenih usta promatra metalik “žive” boje i figure sutra pronaći temeljno novu primjenu za ovaj fenomen, čineći revoluciju u znanosti i tehnologiji. Ali to je sutra, ali za sada, gledajte i uživajte!

Tatjana Albertovna,
Vi ste, naravno, u pravu - ionska veza karboksilne skupine jača je od donorsko-akceptorske veze amina. Ali u potonjem slučaju elektronska struktura površinskog sloja čestice manje je narušena, što je posebno važno za nanoobjekte (smanjivanjem veličine povećava se udio atoma na površini). Etanolamini ne bi trebali stabilizirati magnetit, jer 1) mala molekula, prostorni faktor je nedovoljan 2) hidrofilna, ne ometa kontakt čestice s vodom (i otopljenim kisikom). Ipak, oleilamin može biti zanimljiv stabilizator (ili mješavina s oleinom). Pitanje je izvan teme: jeste li probali proizvesti magnetit (prva faza, koprecipitacija) u magnetskom polju? Trebalo bi nešto naručiti (štapiće npr.) :))
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 Valerjevnu :)

Aleksandre Borisoviču, apsolutno se slažem s vama o etanolaminima.
Pokušao sam ih upotrijebiti za stabilizaciju magnetita prije 20 godina, kada su se pristupi sintezi magnetskih tekućina tek istraživali. Pokušaji stvaranja stabilnih koloidnih sustava bili su popraćeni stalnom potragom za nečim novim. Bez grešaka, čak i onih očitih s teorijske strane, nikad neće biti rezultata ni razumijevanja.

...ionska veza karboksilne skupine jača je od donorsko-akceptorske veze amina. Ali u potonjem slučaju manje je narušena elektronska struktura površinskog sloja čestice, što je posebno važno za nanoobjekte...
Za nas je prije svega važna energija adsorpcijske interakcije. Koliko ja razumijem, što je veća energija, to su veće promjene u elektronskoj strukturi površinskog sloja kao rezultat kemosorpcije, i obrnuto. Sve je logično. Pitanje: jesu li takve promjene negativne za čestice magnetita s prosječnim promjerom od 10 nm? Ili obrnuto. Upravo u ovom slučaju, promjene u elektronskoj strukturi površinskog sloja kao posljedica kemosorpcije čine adsorpcijske interakcije još jačom, te stoga samo pomažu u rješavanju jednog od primarnih zadataka u sintezi MF - stabilizacije čestica disperzne faze.

Ipak, oleilamin može biti zanimljiv objekt (ili mješavina s oleinom).
Ako bude prilike, svakako ćemo pokušati.

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

Prošle su 52 godine otkako je zaposlenik NASA-e Steve Papell izumio ferrofluid. Rješavao je vrlo specifičan problem: kako, u uvjetima bestežinskog stanja, natjerati tekućinu u spremniku goriva rakete da se približi rupi iz koje je pumpa pumpala gorivo u komoru za izgaranje. Tada je Papell došao do netrivijalnog rješenja - dodavanje neke vrste magnetske tvari u gorivo kako bi se kontroliralo kretanje goriva u spremniku pomoću vanjskog magneta. Tako je nastala feromagnetska tekućina.

Papell je kao magnetsku tvar koristio magnetit (Fe 3 O 4) koji je posebnom tehnologijom usitnjavao (mljeven u mješavini s oleinskom kiselinom) nekoliko dana. Rezultat je bila stabilna koloidna suspenzija u kojoj su stabilno postojale sitne čestice magnetita veličine 0,1-0,2 mikrona. Oleinska kiselina je u ovom sustavu imala ulogu površinskog modifikatora, koji je spriječio lijepljenje čestica magnetita. Patent S. Papelle US 3215572 A (Magnetska tekućina niske viskoznosti dobivena koloidnom suspenzijom magnetskih čestica) je otvorena i može se pogledati na Internetu. Klasični sastav feromagnetske tekućine je 5% (po volumenu) magnetskih čestica, 10% modifikatora površine (oleinska, limunska ili poliakrilna kiselina, itd.). Ostatak je organsko otapalo, uključujući tekuća ulja.

Zanimanje za magnetske tekućine oživjelo je posljednjih godina, a danas su već pronašle mnoge primjene. Ako nanesete takvu tekućinu na neodimijski magnet, magnet će kliziti po površini uz minimalan otpor, odnosno trenje će se naglo smanjiti. Radioapsorbirajući premazi za zrakoplove izrađuju se u SAD-u na bazi feromagnetske tekućine. I tvorci slavnog Ferrarija koriste magnetoreološku tekućinu u ovjesu automobila: manipulirajući magnetom, vozač može ovjes učiniti tvrđim ili mekšim u bilo kojem trenutku. A ovo je samo nekoliko primjera.

Magnetska tekućina je nevjerojatan materijal. Nakon što ga stavite u magnetsko polje, raspršene magnetske čestice se ujedinjuju i poredaju duž linija polja, pretvarajući se u potpuno čvrstu tvar. Danas se u mnogim zabavnim emisijama prikazuju trikovi s magnetskom tekućinom koja se u kontaktu s magnetom pretvara u ježiće ili kaktuse besprijekorne simetrije. Naravno, možete kupiti feromagnetsku tekućinu, ali mnogo je zanimljivije napraviti je sami.

Pisali smo o tome kako dobiti samostvrdnjavajuću magnetsku tekućinu koja će vam omogućiti da pod mikroskopom ispitate strukture koje čine magnetske čestice („Kemija i život“, 2015., br. 11). A evo još jednog recepta za domaću feromagnetski fluid. Uzmite 50 ml tonera za laserski pisač. Ovaj se prah sastoji od najmanje 40% magnetita, čija je veličina čestica 10 nanometara ili manje. Toner također obavezno sadrži modifikator površine kako se nanočestice ne bi slijepile. Dodajte 30 ml biljnog ulja (dvije žlice) u 50 ml tonika i dobro promiješajte, ne štedeći vrijeme u ovom procesu. Rezultat će biti crna homogena tekućina, slična kiselom vrhnju. Sada ga ulijte 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. Ako magnet prinesete površini tekućine ili sa strane, tekućina će doslovno iskočiti prema magnetu, stoga budite oprezni. Kako biste izbjegli ovaj problem, možete staviti magnetsku tekućinu u malu staklenu stožastu tikvicu, puneći je do pola ili malo manje. Nagnite tikvicu kako biste stvorili sloj tekućine duž bočne strane tikvice i držite magnet blizu stakla.

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

Toneri koji se nalaze u ulošcima za pisač imaju zanimljiva magnetska svojstva s kojima možete eksperimentirati u slobodno vrijeme. Efekt koji proizvode vrlo je zanimljiv jer se tekućina počinje privlačiti prema magnetu, a štoviše, pojedini elementi formiraju bizarne geometrijske oblike. Istina, nisu svi toneri prikladni za ponavljanje ovih uputa korak po korak. Bit će potrebni samo toneri tamne boje, budući da se toneri u boji proizvode bez upotrebe tamnih magnetskih čestica.

Materijali

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

• debeli list papira;
• zaštitne rukavice;
• zaštitna maska;
• prazna staklena čaša;
• plastična naljepnica za miješanje;
• biljno ulje;
• žlica;
• široku plastičnu posudu, poput tanjura.

Korak 1. Vrlo pažljivo otvorite uložak kako biste izlili toner iz njega u staklenu čašu. Ukupno će vam trebati oko 50 mm tekućine. Kako biste provjerili ima li tekućina koju ste odabrali magnetska svojstva, samo prijeđite magnetom duž stijenke čaše. Ako je aktiviran, eksperiment se može nastaviti.

Tekućina tonera nije štetna za vaše zdravlje osim ako je ne udišete ili popijete. Zato prije izvođenja ovog posla morate nositi zaštitne rukavice i masku. Tako ćete smanjiti vjerojatnost trovanja ako tekućina slučajno dospije na vaše ruke.

Korak 2. U količinu robe koju ste već primili, morate dodati dvije žlice biljnog ulja. Uz pomoć plastične naljepnice dobro promiješajte dobivenu smjesu. Za nastavak eksperimenta mora biti homogen.

3. korak. Morate pažljivo uliti dobivenu magnetsku tekućinu u široku posudu. To je upravo ono što je potrebno da se vidi sve što će se dogoditi s nastalom magnetskom tekućinom.

Nanesite magnet od dna ploče prema van. Obratite pozornost na ono što se događa unutar spremnika. Na mjestu kontakta magneta, tekućina se treba skupiti u voluminoznu kvržicu u obliku ježa. To su magnetske čestice koje proizvođači dodaju u toner. Mogu biti manji ili veći, što opet ovisi o proizvođaču.

Korak 4. S ovom tekućinom možete napraviti magnetski uzorak. Da biste to učinili, potrebno je izliti malo tekućine na debeli papir i držati magnet sa stražnje strane. Pomičući ga s jedne strane na drugu, crtat ćete.

Ako tonerom zaprljate neki predmet ili namještaj, sve isperite hladnom vodom, to bi vam trebalo uspjeti bez problema. Ni u kojem slučaju ne koristite vruću vodu, ona će fiksirati pigment i onemogućiti njegovo ispiranje.

Jeste li ikada vidjeli magnetsku tekućinu? Izgleda kao tekući metal i širi se iglicama ako mu prinesete magnet. Ovdje ćete pronaći upute kako napraviti feromagnetsku tekućinu vlastitim rukama kod kuće.

Teorija je sljedeća: moderni laserski pisači sadrže mineral magnetit (Fe3O4). Potrebno je da se čestice boje zalijepe za papir. Ovaj mineral reagira na magnetska polja i stoga je vrlo prikladan za naš eksperiment.

Korak 1: Materijali

• Zaštitne rukavice
• Zaštitna maska
• Staklena mjerna posuda
• Uložak (stari) iz pisača ili kopirnog stroja
• Štap za miješanje
• Mala posuda i komad papira
• Jaki neodimijski magnet

Korak 2: Prikupite toner

Pažljivo izlijte toner iz uloška u staklenu čašu. Potrebno vam je oko 50 ml.
Prijeđite magnetom preko VANJSKE STRANE ŠALJE kako biste bili sigurni da je toner magnetičan.

Budite oprezni: tonik je relativno siguran sve dok ga ne udišete ili pijete, ali se vrlo lako raspršuje i stvara puno nereda, stoga nosite zaštitne rukavice i masku.

Korak 3: Dodajte ulje

Dodajte dvije žlice ulja.

Korak 4: Promiješajte

Miješajte dok tekućina ne postane potpuno homogena.

Korak 5: Magnetna reakcija

1. Ulijte malo tekućine u manju posudu.
2. Stavite magnet ispod dna posude
3. Tekućina će se početi širiti!

Ako rezultat ne izgleda kao što vidite na fotografiji, najvjerojatnije je problem u toniku. Neke marke sadrže više ili manje magnetskih komponenti. Također možete pokušati dodati malo više ulja, ili obrnuto, ukloniti ga. Neke marke uopće ne sadrže ferrofluid - tada ćete morati pronaći drugi uložak.

Korak 6: Čarobna tinta

1. Sada izlijte malo magnetske tekućine na papir
2. Pomaknite magnet ispod papira
3. Dobivate "magnetne crteže"!

Ako sve oko sebe zaprljate tonerom, očistite usisivačem ili isperite hladnom vodom. Nemojte koristiti vruću vodu niti trljati područja koja su umrljana tonerom - to može uzrokovati trajno utrljavanje tonera u površinu.