Lichid magnetic de bricolaj acasă. Ferofluid de făcut singur cu un cartuş de imprimantă laser. Fabricarea fluidului magnetic mecanic

Pentru o persoană care este departe de descoperirile științifice, care și-a luat rămas bun de la fizică sau chimie la școală, multe lucruri par neobișnuite. Folosind în viața de zi cu zi, de exemplu, aparatele electrice, nu ne gândim la modul exact în care funcționează, luând de la sine beneficiile civilizației. Dar când vine vorba de ceva care depășește percepția cotidiană, chiar și adulții sunt uimiți, precum copiii, și încep să creadă în miracole.

Cum, pe lângă magie, se poate explica și fenomenul apariției unor figuri tridimensionale, flori și piramide, imagini magice care se înlocuiesc dintr-un lichid aparent obișnuit? Dar nu este magie, știința oferă o rațiune pentru ceea ce se întâmplă.

Ce este ferofluid?

Vorbim despre ferofluid - un sistem coloidal format din apă sau alt solvent organic care conține cele mai mici particule de magnetit și orice material care conține fier. Dimensiunile lor sunt atât de mici încât este chiar greu de imaginat: sunt de zece ori mai subțiri decât un păr uman! Astfel de indicatori microscopici de dimensiune le permit să fie distribuite uniform în solvent folosind mișcarea termică.

Deocamdată, deși nu există nicio influență externă, lichidul este calm, seamănă cu o oglindă. Dar nu trebuie decât să aducem un câmp magnetic direcționat acestei „oglinzi” și aceasta prinde viață, arătând privitorului imagini tridimensionale uimitoare: flori magice înfloresc, figuri în mișcare cresc la suprafață, schimbându-se sub influența câmpului.

În funcție de puterea și direcția câmpului magnetic, imaginile se schimbă în fața ochilor noștri - de la valuri ușoare, abia vizibile, care apar pe suprafața lichidului, prin ace și vârfuri care schimbă claritatea și panta și cresc în flori și copaci.

Capacitatea de a crea imagini color cu ajutorul luminii, vrăjind cu adevărat observatorul, dezvăluie o lume necunoscută înaintea lui.

Din păcate, particulele de metal, deși sunt numite feromagnetice, nu sunt feromagnetice în sensul deplin, deoarece nu pot păstra forma rezultată după dispariția câmpului magnetic. Pentru că nu au propria lor magnetizare. În acest sens, utilizarea acestei descoperiri, care, apropo, nu este complet nouă - a fost făcută de americanul Rosenzweig la mijlocul secolului trecut, nu și-a găsit aplicație largă.

Cum se face și unde se utilizează ferofluid?

Ferofluidele sunt folosite în electronică, în industria auto și aș dori să cred că utilizarea lor pe scară largă nu este departe, iar odată cu dezvoltarea nanotehnologiei, vor fi utilizate pe scară largă. Între timp, acest lucru este în mare parte distractiv pentru publicul admirator, răsfățat de diverse tipuri de spectacole.

Imaginile tridimensionale te fac să le urmărești cu respirația tăiată, să te îndoiești dacă acesta este un montaj și să cauți o explicație a ceea ce se întâmplă, cel puțin pe Internet. Cine știe, poate un băiețel care astăzi urmărește cu gura căscată culorile și figurile din metal „vii”, mâine va găsi o aplicație fundamental nouă pentru acest fenomen, făcând o revoluție în știință și tehnologie. Dar asta e mâine, dar deocamdată - urmăriți și bucurați-vă!

Tatiana Albertovna,
Desigur, ai dreptate - legătura ionică a grupării carboxil este mai puternică decât amina donor-acceptor. Dar, în acest din urmă caz, structura electronică a stratului de suprafață al particulei este mai puțin perturbată, ceea ce este deosebit de important pentru nanoobiecte (odată cu scăderea dimensiunii, fracția de atomi de pe suprafață crește). Etanolamine și nu ar trebui să stabilizeze magnetita, deoarece. 1) o moleculă mică, factorul steric este insuficient 2) hidrofil, nu interferează cu contactul particulei cu apa (și oxigenul dizolvat). Totuși, oleylamina poate fi un stabilizator interesant (sau un amestec cu oleic). Întrebarea este în afara subiectului: ați încercat să obțineți magnetită (prima etapă, co-precipitare) într-un câmp magnetic? Ar trebui să iei ceva comandat (bețișoare, de exemplu) :))
Vladimir Vladimirovici,
conform literaturii, Fe(III) poate oxida acizii grași nesaturați. Cu alte cuvinte, cu ajutorul unei oleine, hematitul poate fi transformat în magnetit. Iată una amuzantă (doar pentru Angelina Valerievna :)

Alexander Borisovich, sunt absolut de acord cu tine despre etanolamine.
Am încercat să le folosesc pentru a stabiliza magnetita acum 20 de ani, când abordările sintezei fluidelor magnetice erau doar bâjbâite. Încercările de a crea sisteme coloidale stabile au fost însoțite de o căutare constantă a ceva nou. Fără erori, chiar dacă sunt evidente din punct de vedere al teoriei, nu va exista niciodată un rezultat și înțelegere.

... legătura ionică a grupării carboxil este mai puternică decât amina donor-acceptor. Dar în ultimul caz, structura electronică a stratului de suprafață al particulei este mai puțin perturbată, ceea ce este deosebit de important pentru nanoobiecte...
În primul rând, energia interacțiunii de adsorbție este importantă pentru noi. După cum am înțeles, cu cât energia este mai mare, cu atât mai puternice sunt schimbările în structura electronică a stratului de suprafață ca urmare a chimisorbției și invers. Totul este logic. Întrebare: Sunt astfel de modificări negative pentru particulele de magnetită cu un diametru mediu de 10 nm? Sau vice versa. Tocmai în acest caz, modificările structurii electronice a stratului de suprafață ca urmare a chimisorbției fac interacțiunile de adsorbție și mai puternice, ceea ce înseamnă că ele ajută doar la rezolvarea uneia dintre sarcinile primare în sinteza MF - stabilizarea particulelor de faza dispersată.

Totuși, oleylamina poate fi un obiect interesant (sau un amestec cu oleic).
Dacă avem ocazia, cu siguranță o vom încerca.

Cu alte cuvinte, cu ajutorul unei oleine, hematitul poate fi transformat în magnetit.
Se dovedește interesant. Pentru magnetita stabilizată de agenți tensioactivi, obținem raportul de fier 2- și 3-valent 1:8. Nu mai e magnetită!?
Și dacă adsorbim oleină pe particule de hematit, vom obține magnetit adevărat?

Au trecut 52 de ani de când angajatul NASA Steve Papell a inventat ferofluidul. El a rezolvat o problemă foarte specifică: cum să forțezi lichidul din rezervorul de combustibil al rachetei să se apropie de orificiul din care pompa pompa combustibilul în camera de ardere în condiții de imponderabilitate. Atunci Papel a venit cu o soluție nebanală - să adauge un fel de substanță magnetică la combustibil pentru a controla mișcarea combustibilului în rezervor cu ajutorul unui magnet extern. Așa s-a născut ferofluid.

Papell a folosit magnetita (Fe 3 O 4) ca substanță magnetică, pe care a zdrobit-o (măcinată în amestec cu acid oleic) folosind o tehnologie specială timp de mai multe zile. S-a obținut o suspensie coloidală stabilă, în care au existat stabil particule minuscule de magnetit cu dimensiunea de 0,1-0,2 microni. Acidul oleic din acest sistem a jucat rolul unui modificator de suprafață, care a împiedicat lipirea particulelor de magnetit. Brevetul S. Papella US 3215572 A (fluid magnetic cu vâscozitate scăzută obținut prin suspensia coloidală de particule magnetice) este deschis și poate fi vizualizat pe Internet. Compoziția clasică a unui ferofluid este de 5% (în volum) particule magnetice, 10% dintr-un modificator de suprafață (acizi oleic, citric sau poliacrilic etc.). Restul este un solvent organic, inclusiv uleiuri lichide.

Interesul pentru fluidele magnetice a reînviat în ultimii ani, iar astăzi au găsit deja multe aplicații. Dacă aplicați un astfel de lichid pe un magnet de neodim, atunci magnetul va aluneca peste suprafață cu o rezistență minimă, adică frecarea va scădea brusc. Pe baza fluidului feromagnetic din Statele Unite, sunt realizate acoperiri care absorb radar pentru aeronave. Iar creatorii celebrului Ferrari folosesc fluid magnetoreologic în suspensia unei mașini: prin manipularea unui magnet, șoferul poate face suspensia mai rigidă sau mai moale în orice moment. Și acestea sunt doar câteva exemple.

Fluidul magnetic este un material uimitor. De îndată ce este plasat într-un câmp magnetic, particulele magnetice disparate se combină și se aliniază de-a lungul liniilor de forță ale câmpului, transformându-se într-o substanță complet solidă. Astăzi, trucurile magice cu fluid magnetic, care, la contactul cu un magnet, se transformă în arici sau cactuși, fără cusur din punct de vedere al simetriei, sunt prezentate în multe emisiuni de divertisment. Desigur, puteți cumpăra ferofluid, dar este mult mai interesant să îl faceți singur.

Am scris despre cum să obțineți un fluid magnetic cu autoîntărire, care vă va permite să examinați structurile formate de particule magnetice la microscop (Chemistry and Life, 2015, nr. 11) Și iată o altă rețetă pentru un fluid feromagnetic de casă . Luați 50 ml de toner pentru imprimantă laser. Această pulbere constă din cel puțin 40% magnetită, a cărei dimensiune a particulelor este de 10 nanometri sau mai puțin. Tonerul conține, de asemenea, în mod necesar un modificator de suprafață, astfel încât nanoparticulele să nu se lipească între ele. La 50 ml de toner, adăugați 30 ml de ulei vegetal (două linguri) și amestecați bine, fără a prelungi timp pentru acest proces. Veți obține un lichid negru omogen, asemănător cu smântâna. Acum turnați-l într-un recipient plat de sticlă cu părți laterale, astfel încât grosimea stratului să fie de cel puțin un centimetru. Aduceți un magnet sub fundul recipientului și în acest loc va apărea imediat un arici dur în lichid. Poate fi mutat cu un magnet. Dacă aduceți magnetul la suprafața lichidului sau în lateral, lichidul va sări literalmente spre magnet, așa că aveți grijă. Pentru a evita această problemă, puteți pune fluidul magnetic într-un balon mic conic de sticlă, umplându-l la jumătate sau puțin mai puțin. Înclinați balonul astfel încât să se formeze un strat de lichid de-a lungul peretelui său și țineți magnetul aproape de sticlă.

Succesul depinde de puterea magnetului (puteți cumpăra un mic magnet de neodim din magazine) și de calitatea tonerului. În acest din urmă caz, trebuie să fii sigur că conține pulbere magnetică.

Tonerele care se găsesc în cartușele de imprimantă au proprietăți magnetice interesante pe care le puteți experimenta în timpul liber. Efectul lor se dovedește a fi foarte interesant, deoarece lichidul începe să ajungă la magnet și, în plus, elementele individuale formează forme geometrice bizare. Adevărat, nu toate tonerele sunt potrivite pentru a repeta această instrucțiune pas cu pas. Vor fi necesare numai tonerele de culoare închisă, deoarece cele colorate sunt realizate fără a utiliza particule magnetice închise.

materiale

Pentru a vă crea propriul fluid magnetic, veți avea nevoie de:

• coală groasă de hârtie;
• manusi de protectie;
• masca de protectie;
• pahar de sticlă gol;
• autocolant din plastic pentru amestecare;
• ulei vegetal;
• linguriţă;
• un recipient larg din plastic, cum ar fi o farfurie.

Pasul 1. Deschideți cartușul cu mare atenție pentru a turna tonerul din el într-un pahar de sticlă. În total, veți avea nevoie de aproximativ 50 mm de lichid. Pentru a verifica dacă lichidul pe care l-ați ales are proprietăți magnetice, este suficient să desenați un magnet de-a lungul peretelui paharului. Dacă este activat, experimentul poate continua.

Tonerul lichid nu este periculos pentru sănătate decât dacă îl inhalați sau îl beți. De aceea, înainte de această muncă, trebuie să purtați mănuși de protecție și o mască. Astfel, reduceți probabilitatea de otrăvire în cazul contactului accidental cu lichid de pe mâini.

Pasul 2. La volumul de mărfuri pe care le-ați primit deja, trebuie să adăugați două linguri de ulei vegetal. Folosind un autocolant din plastic, amestecați bine compoziția primită. Pentru a continua experimentul, acesta trebuie să fie uniform.

Pasul 3. Fluidul magnetic rezultat pe care trebuie să îl turnați cu atenție într-un recipient larg. Este exact ceea ce este necesar pentru a vedea tot ce se va întâmpla cu fluidul magnetic rezultat.

Din partea de jos a plăcii, aduceți un magnet din exterior. Fiți atenți la ceea ce se întâmplă în interiorul recipientului. În punctul de contact al magnetului, lichidul trebuie colectat de un tubercul în formă de arici de volum. Acestea sunt particulele magnetice pe care producătorii le adaugă tonerului. Ele pot fi mai mici sau mai mari, ceea ce depinde din nou de producător.

Pasul 4. Cu acest lichid puteți face un desen magnetic. Pentru a face acest lucru, trebuie să turnați o parte din lichid pe hârtie groasă și să aduceți un magnet din spate. Mișcându-l dintr-o parte în alta, vei desena.

Dacă ați pătat orice obiect sau mobilă cu toner, clătiți totul cu apă rece, ar trebui să puteți face acest lucru fără probleme. În niciun caz nu trebuie să folosiți apă fierbinte, aceasta va fixa pigmentul și va fi imposibil să-l spălați.

Ați văzut vreodată fluid magnetic? Este asemănător metalului lichid și se extinde cu ace dacă aduci un magnet la el. Aici veți găsi instrucțiuni despre cum să faceți ferofluid cu propriile mâini acasă.

Teoria este aceasta: imprimantele laser moderne conțin magnetit mineral (Fe3O4). Este necesar pentru ca particulele de cerneală să se lipească de hârtie. Acest mineral răspunde la câmpurile magnetice și, prin urmare, este potrivit pentru experimentul nostru.

Pasul 1: Materiale

• Manusi de protectie
• masca de protectie
• ceașcă de măsurare din sticlă
• Cartuș (vechi) de la o imprimantă sau copiator
• Amestecați batonul
• Recipient mic și bucată de hârtie
• Magnet puternic din neodim

Pasul 2: Colectați tonerul

Turnați cu grijă tonerul din cartuş în paharul de sticlă. Ai nevoie de aproximativ 50 ml.
Glisați magnetul peste EXTERIORul STICLEI pentru a vă asigura că tonerul este magnetic

Atenție: tonerul este relativ sigur atâta timp cât nu îl inhalați sau nu îl beți, dar pulverizează foarte ușor și creează multă murdărie, așa că purtați mănuși de protecție și o mască.

Pasul 3: Adăugați uleiuri

Adăugați două linguri de ulei.

Pasul 4: Se amestecă

Se amestecă până când lichidul este complet omogen.

Pasul 5: Reacția magnetică

1. Turnați o parte din lichid într-un recipient mic.
2. Puneți un magnet sub fundul recipientului
3. Lichidul va începe să se extindă!

Dacă rezultatul nu arată ca ceea ce vedeți în fotografie, atunci cel mai probabil există o problemă cu tonerul. Unele mărci conțin componente mai mult sau mai puțin magnetice. De asemenea, puteți încerca să adăugați puțin ulei, sau invers, să-l eliminați. Unele mărci nu conțin ferofluid deloc - atunci va trebui să găsiți un alt cartuş.

Pasul 6: Cerneală magică

1. Acum turnați niște ferofluid pe hârtie
2. Mutați magnetul sub hârtie
3. Ai „desene magnetice”!

Dacă ați pătat totul în jur cu toner, folosiți un aspirator pentru a-l curăța sau clătiți cu apă rece. Nu folosiți apă fierbinte și nu frecați zonele pătate de toner, deoarece puteți freca permanent tonerul în suprafață.