DIY płyn magnetyczny w domu. DIY płyn ferromagnetyczny z wkładem do drukarki laserowej. Mechaniczna produkcja płynu magnetycznego

Osobie dalekiej od odkryć naukowych, która pożegnała się w szkole z fizyką czy chemią, wiele rzeczy wydaje się niezwykłych. Używając na co dzień np. urządzeń elektrycznych, nie zastanawiamy się nad tym, jak dokładnie działają, uznając dobrodziejstwa cywilizacji za coś oczywistego. Ale jeśli chodzi o coś, co wykracza poza codzienną percepcję, nawet dorośli są zdumieni, podobnie jak dzieci, i zaczynają wierzyć w cuda.

Jak, poza magią, wytłumaczyć zjawisko pojawiania się trójwymiarowych postaci, kwiatów i piramid, magicznych obrazów zastępujących się nawzajem z pozornie zwyczajnej cieczy? Ale to nie jest magia, nauka dostarcza uzasadnienia dla tego, co się dzieje.

Co to jest ferrofluid?

Mówimy o ferrofluidzie – układzie koloidalnym składającym się z wody lub innego rozpuszczalnika organicznego zawierającego drobne cząsteczki magnetytu oraz dowolnego materiału zawierającego żelazo. Ich rozmiary są tak małe, że trudno je sobie nawet wyobrazić: są dziesiątki razy cieńsze od ludzkiego włosa! Takie mikroskopijne wskaźniki wielkości umożliwiają ich równomierne rozprowadzenie w rozpuszczalniku za pomocą ruchu termicznego.

Na razie, dopóki nie ma wpływu zewnętrznego, ciecz jest spokojna, przypominająca lustro. Ale gdy tylko do tego „lustra” przyłożymy ukierunkowane pole magnetyczne, ożywa ono, ukazując widzowi niesamowite trójwymiarowe obrazy: kwitną magiczne kwiaty, na powierzchni wyrastają ruchome postacie, zmieniające się pod wpływem pola.

W zależności od siły i kierunku pola magnetycznego obrazy zmieniają się na naszych oczach - od lekkich, ledwo zauważalnych zmarszczek pojawiających się na powierzchni cieczy, poprzez igły i szczyty, które zmieniają ostrość i nachylenie, aż przerastają w kwiaty i drzewa.

Możliwość tworzenia kolorowych obrazów przy użyciu podświetlenia, prawdziwie hipnotyzująca dla obserwatora, odkrywa przed nim nieznany świat.

Niestety cząstki metalu, choć nazywane ferromagnetykami, nie są ferromagnetykami w pełnym tego słowa znaczeniu, gdyż nie mogą zachować powstałego kształtu po zaniku pola magnetycznego. Ponieważ nie mają własnego namagnesowania. Pod tym względem wykorzystanie tego odkrycia, które zresztą nie jest całkiem nowe - dokonał tego amerykański Rosenzweig w połowie ubiegłego wieku, nie znalazło szerokiego zastosowania.

Jak wytwarzać i gdzie stosuje się płyn ferromagnetyczny?

Ferrofluidy znajdują zastosowanie w elektronice i przemyśle motoryzacyjnym i chciałbym wierzyć, że ich powszechne zastosowanie jest tuż za rogiem, a wraz z rozwojem nanotechnologii znajdą zastosowanie dość powszechnie. Tymczasem jest to przede wszystkim zabawa dla podziwiającej publiczność, psuta różnego rodzaju widowiskami.

Trójwymiarowe obrazy sprawiają, że ogląda się je z zapartym tchem, ma się wątpliwości, czy to montaż i szuka się wyjaśnienia tego, co się dzieje, choćby w Internecie. Kto wie, może mały chłopiec, który dzisiaj z otwartymi ustami przygląda się metalicznym „żywym” kolorom i postaciom, jutro znajdzie zupełnie nowe zastosowanie dla tego zjawiska, dokonując rewolucji w nauce i technologii. Ale to jutro, a na razie, oglądajcie i bawcie się dobrze!

Tatiana Albertowna,
Masz oczywiście rację - wiązanie jonowe grupy karboksylowej jest silniejsze niż wiązanie donor-akceptor aminy. Jednak w tym drugim przypadku struktura elektronowa warstwy powierzchniowej cząstki jest mniej zaburzona, co jest szczególnie ważne w przypadku nanoobiektów (wraz ze zmniejszaniem się rozmiaru zwiększa się proporcja atomów na powierzchni). Etanoloaminy nie powinny stabilizować magnetytu, ponieważ 1) mała cząsteczka, współczynnik steryczny jest niewystarczający 2) hydrofilowy, nie zakłóca kontaktu cząsteczki z wodą (i rozpuszczonym tlenem). Mimo to oleiloamina może być interesującym stabilizatorem (lub mieszaniną z oleiną). Pytanie nie na temat: czy próbowałeś wytworzyć magnetyt (pierwszy etap, współstrącanie) w polu magnetycznym? Powinno być coś zamówione (na przykład patyki) :))
Władimir Władimirowicz,
Według literatury Fe(III) może utleniać nienasycone kwasy tłuszczowe. Innymi słowy, za pomocą kwasu oleinowego hematyt można przekształcić w magnetyt. Oto zabawny (tylko dla Angeliny Valerievny:)

Aleksandrze Borisowiczu, całkowicie się z Tobą zgadzam w sprawie etanoloamin.
Próbowałem zastosować je do stabilizacji magnetytu 20 lat temu, kiedy dopiero badano możliwości syntezy płynów magnetycznych. Próbom stworzenia stabilnych układów koloidalnych towarzyszyło ciągłe poszukiwanie czegoś nowego. Bez błędów, nawet tych oczywistych z teoretycznego punktu widzenia, nigdy nie będzie rezultatów ani zrozumienia.

... wiązanie jonowe grupy karboksylowej jest silniejsze niż wiązanie donor-akceptor aminy. Ale w tym drugim przypadku struktura elektronowa warstwy powierzchniowej cząstki jest mniej zakłócona, co jest szczególnie ważne w przypadku nanoobiektów...
Ważna jest dla nas przede wszystkim energia oddziaływania adsorpcyjnego. Jak rozumiem, im większa energia, tym większe zmiany w strukturze elektronowej warstwy powierzchniowej w wyniku chemisorpcji i odwrotnie. Wszystko jest logiczne. Pytanie: czy takie zmiany są negatywne dla cząstek magnetytu o średniej średnicy 10 nm? Lub odwrotnie. Właśnie w tym przypadku zmiany w strukturze elektronowej warstwy powierzchniowej na skutek chemisorpcji jeszcze bardziej wzmacniają oddziaływania adsorpcyjne, a zatem pomagają jedynie w rozwiązaniu jednego z podstawowych zadań syntezy MF – stabilizacji cząstek fazy rozproszonej.

Ciekawym obiektem może być jednak oleiloamina (lub mieszanina z oleiną).
Jeśli będzie taka możliwość, na pewno spróbujemy.

Innymi słowy, za pomocą kwasu oleinowego hematyt można przekształcić w magnetyt.
Okazuje się interesujące. W przypadku magnetytu stabilizowanego środkiem powierzchniowo czynnym stosunek żelaza 2- i 3-wartościowego wynosi 1:8. To już nie jest magnetyt!?
A jeśli zaadsorbujemy kwas oleinowy na cząsteczkach hematytu, czy otrzymamy prawdziwy magnetyt?

Minęły 52 lata, odkąd pracownik NASA Steve Papell wynalazł ferrofluid. Rozwiązywał bardzo konkretny problem: jak w warunkach nieważkości zmusić ciecz znajdującą się w zbiorniku paliwa rakiety do zbliżenia się do otworu, z którego pompa pompowała paliwo do komory spalania. Wtedy właśnie Papell wpadł na nietrywialny sposób – dodając do paliwa jakąś substancję magnetyczną, aby za pomocą zewnętrznego magnesu kontrolować ruch paliwa w zbiorniku. Tak narodziła się ciecz ferromagnetyczna.

Jako substancję magnetyczną Papell wykorzystywał magnetyt (Fe 3 O 4), który kruszył specjalną technologią (mielony w mieszaninie z kwasem oleinowym) przez wiele dni. W rezultacie otrzymano stabilną zawiesinę koloidalną, w której stabilnie znajdowały się drobne cząstki magnetytu o wielkości 0,1–0,2 mikrona. Kwas oleinowy w tym układzie pełnił rolę modyfikatora powierzchni, który zapobiegał sklejaniu się cząstek magnetytu. Patent S. Papelli US 3215572 A (płyn magnetyczny o niskiej lepkości otrzymywany przez koloidalną zawiesinę cząstek magnetycznych) jest otwarty i można go przeglądać w Internecie. Klasyczny skład płynu ferromagnetycznego to 5% (objętościowo) cząstek magnetycznych, 10% modyfikatora powierzchni (kwas oleinowy, cytrynowy lub poliakrylowy itp.). Reszta to rozpuszczalniki organiczne, w tym płynne oleje.

Zainteresowanie płynami magnetycznymi odżyło w ostatnich latach, a dziś znalazły one już wiele zastosowań. Jeśli nałożysz taki płyn na magnes neodymowy, magnes będzie ślizgał się po powierzchni z minimalnym oporem, to znaczy tarcie gwałtownie spadnie. Powłoki radiochłonne do samolotów produkowane są w USA na bazie płynu ferromagnetycznego. A twórcy słynnego Ferrari wykorzystują w zawieszeniu samochodu płyn magnetoreologiczny: manipulując magnesem, kierowca może w dowolnym momencie utwardzić lub zmiękczyć zawieszenie. A to tylko kilka przykładów.

Płyn magnetyczny to niesamowity materiał. Po umieszczeniu go w polu magnetycznym rozproszone cząstki magnetyczne łączą się i ustawiają wzdłuż linii pola, zamieniając się w całkowicie stałą substancję. Dziś w wielu programach rozrywkowych prezentowane są sztuczki z płynem magnetycznym, które po zetknięciu z magnesem zamieniają się w nienaganne pod względem symetrii jeże lub kaktusy. Oczywiście możesz kupić płyn ferromagnetyczny, ale o wiele ciekawiej jest zrobić to sam.

O tym, jak otrzymać samoutwardzalny płyn magnetyczny, który pozwoli na zbadanie pod mikroskopem struktur utworzonych z cząstek magnetycznych pisaliśmy („Chemia i Życie”, 2015, nr 11), a oto kolejny przepis na domowy płyn. płyn ferromagnetyczny. Weź 50 ml tonera do drukarki laserowej. Proszek ten składa się z co najmniej 40% magnetytu, którego wielkość cząstek wynosi 10 nanometrów lub mniej. Toner koniecznie zawiera również modyfikator powierzchni, dzięki czemu nanocząsteczki nie sklejają się ze sobą. Do 50 ml toniku dodaj 30 ml oleju roślinnego (dwie łyżki) i dokładnie wymieszaj, nie szczędząc przy tym czasu. Rezultatem będzie czarna, jednorodna ciecz, podobna do kwaśnej śmietany. Teraz wlej go do płaskiego szklanego pojemnika z bokami tak, aby grubość warstwy wynosiła co najmniej centymetr. Umieść magnes pod dnem pojemnika, a w tym momencie w płynie natychmiast pojawi się twardy jeż. Można go przesuwać za pomocą magnesu. Jeśli przyłożysz magnes do powierzchni cieczy lub z boku, ciecz dosłownie wyskoczy w stronę magnesu, więc bądź ostrożny. Aby uniknąć tego problemu, można umieścić płyn magnetyczny w małej szklanej kolbie stożkowej, napełniając ją do połowy lub trochę mniej. Przechyl kolbę, aby utworzyć warstwę cieczy wzdłuż boku kolby i przytrzymaj magnes blisko szkła.

Sukces zależy od siły magnesu (mały magnes neodymowy można kupić w sklepach) i jakości tonera. W tym drugim przypadku trzeba mieć pewność, że zawiera proszek magnetyczny.

Tonery znajdujące się w wkładach do drukarek mają ciekawe właściwości magnetyczne, z którymi możesz poeksperymentować w wolnym czasie. Efekt, jaki dają, jest bardzo ciekawy, gdyż ciecz zaczyna przyciągać się w stronę magnesu, a ponadto poszczególne elementy układają się w przedziwne geometryczne kształty. To prawda, że ​​​​nie wszystkie tonery nadają się do powtarzania tej instrukcji krok po kroku. Potrzebne będą tylko tonery o ciemnych kolorach, ponieważ tonery kolorowe są wytwarzane bez użycia ciemnych cząstek magnetycznych.

Materiały

Aby zrobić płyn magnetyczny własnymi rękami, będziesz potrzebować:

• gruby arkusz papieru;
• rękawice ochronne;
• maska ​​ochronna;
• pusty szklany kubek;
• plastikowa naklejka do mieszania;
• olej roślinny;
• łyżka;
• szeroki plastikowy pojemnik, taki jak talerz.

Krok 1. Bardzo ostrożnie otwórz wkład, aby wylać z niego toner do szklanego kubka. W sumie będziesz potrzebować około 50 mm płynu. Aby sprawdzić, czy wybrany przez Ciebie płyn ma właściwości magnetyczne, wystarczy przesunąć magnes po ściance szklanki. Jeśli jest aktywowany, eksperyment może być kontynuowany.

Toner w płynie nie jest szkodliwy dla zdrowia, chyba że zostanie wdychany lub wypity. Dlatego przed wykonaniem tej pracy należy nosić rękawice ochronne i maskę. W ten sposób zmniejszysz prawdopodobieństwo zatrucia, jeśli płyn przypadkowo dostanie się na dłonie.

Krok 2. Do ilości już otrzymanego towaru należy dodać dwie łyżki oleju roślinnego. Za pomocą plastikowej naklejki dokładnie wymieszaj otrzymaną mieszaninę. Aby kontynuować eksperyment, musi on być jednorodny.

Krok 3. Należy ostrożnie wlać powstały płyn magnetyczny do szerokiego pojemnika. To jest dokładnie to, czego potrzeba, aby zobaczyć wszystko, co stanie się z powstałym płynem magnetycznym.

Przyłóż magnes od spodu płytki na zewnątrz. Zwróć uwagę na to, co dzieje się wewnątrz pojemnika. W miejscu styku magnesu ciecz powinna zebrać się w obszerny guzek w kształcie jeża. Są to cząsteczki magnetyczne, które producenci dodają do toneru. Mogą być mniejsze lub większe, co znowu zależy od producenta.

Krok 4. Za pomocą tego płynu możesz wykonać wzór magnetyczny. Aby to zrobić, należy wylać trochę płynu na gruby papier i przytrzymać magnes z tyłu. Przesuwając go z boku na bok, będziesz rysować.

Jeśli zabrudzisz tonerem jakieś przedmioty lub meble, spłucz wszystko zimną wodą, powinno być to możliwe bez problemu. W żadnym wypadku nie należy używać gorącej wody, gdyż utrwali ona pigment i uniemożliwi jego wymycie.

Czy widziałeś kiedyś płyn magnetyczny? Wygląda jak ciekły metal i rozszerza się wraz z igłami, jeśli przyłożymy do niego magnes. Tutaj znajdziesz instrukcje, jak zrobić płyn ferromagnetyczny własnymi rękami w domu.

Teoria jest następująca: nowoczesne drukarki laserowe zawierają mineralny magnetyt (Fe3O4). Jest to konieczne, aby cząsteczki farby przylegały do ​​papieru. Minerał ten reaguje na pola magnetyczne i dlatego doskonale nadaje się do naszego eksperymentu.

Krok 1: Materiały

• Rękawice ochronne
• Maska ochronna
• Szklana miarka
• Wkład (stary) z drukarki lub kopiarki
• Mieszadło
• Mały pojemnik i kartka papieru
• Silny magnes neodymowy

Krok 2: Zbierz toner

Ostrożnie przelej toner z wkładu do szklanego kubka. Potrzebujesz około 50 ml.
Przesuń magnes po ZEWNĄTRZ KUBKA, aby upewnić się, że toner jest magnetyczny.

Bądź ostrożny: toner jest stosunkowo bezpieczny, o ile go nie wdychasz ani nie pijesz, ale bardzo łatwo się rozpyla i powoduje duży bałagan, dlatego należy nosić rękawice ochronne i maskę.

Krok 3: Dodaj olej

Dodaj dwie łyżki oleju.

Krok 4: Mieszaj

Mieszaj, aż płyn stanie się całkowicie jednorodny.

Krok 5: Reakcja magnetyczna

1. Wlej trochę płynu do małego pojemnika.
2. Umieść magnes pod dnem pojemnika
3. Ciecz zacznie się rozszerzać!

Jeśli wynik nie wygląda tak, jak widać na zdjęciu, najprawdopodobniej wystąpił problem z tonerem. Niektóre marki zawierają mniej lub bardziej magnetyczne elementy. Możesz także spróbować dodać trochę więcej oleju lub odwrotnie, usunąć go. Niektóre marki w ogóle nie zawierają ferrofluidu - wtedy będziesz musiał znaleźć inny wkład.

Krok 6: Magiczny atrament

1. Teraz wlej trochę płynu magnetycznego na papier
2. Przesuń magnes pod papier
3. Otrzymujesz „rysunki magnetyczne”!

Jeżeli zabrudzisz wszystko dookoła tonerem, wyczyść powierzchnię odkurzaczem lub spłucz zimną wodą. Nie należy używać gorącej wody ani pocierać miejsc zabrudzonych tonerem – może to spowodować trwałe wtarcie toneru w powierzchnię.