DIY magnetická tekutina doma. DIY feromagnetická kvapalina s kazetou do laserovej tlačiarne. Mechanická výroba magnetickej tekutiny

Človeku ďaleko od vedeckých objavov, ktorý dal zbohom fyzike či chémii v škole, sa veľa vecí zdá nezvyčajných. Používajúc napríklad elektrické spotrebiče v každodennom živote, nemyslíme na to, ako presne fungujú, pričom výhody civilizácie berieme ako samozrejmosť. Ale keď príde na niečo, čo presahuje každodenné vnímanie, aj dospelí sú ohromení, ako deti, a začnú veriť v zázraky.

Ako možno okrem mágie vysvetliť fenomén vzniku trojrozmerných postáv, kvetov a pyramíd, magických obrazov, ktoré sa navzájom nahrádzajú zo zdanlivo obyčajnej tekutiny? Ale nie je to mágia, veda poskytuje zdôvodnenie toho, čo sa deje.

Čo je ferrofluid?

Hovoríme o ferrofluide - koloidnom systéme pozostávajúcom z vody alebo iného organického rozpúšťadla obsahujúceho drobné častice magnetitu a akéhokoľvek materiálu, ktorý obsahuje železo. Ich veľkosti sú také malé, že je dokonca ťažké si to predstaviť: sú desaťkrát tenšie ako ľudský vlas! Takéto mikroskopické indikátory veľkosti umožňujú ich rovnomernú distribúciu v rozpúšťadle pomocou tepelného pohybu.

Zatiaľ, pokiaľ nepôsobí vonkajší vplyv, je kvapalina pokojná, pripomínajúca zrkadlo. Akonáhle však do tohto „zrkadla“ privediete nasmerované magnetické pole, ožije a divákovi ukáže úžasné trojrozmerné obrázky: kvitnú magické kvety, na povrchu rastú pohyblivé postavy, ktoré sa menia pod vplyvom poľa.

V závislosti od sily a smeru magnetického poľa sa nám pred očami menia obrazy – od ľahkých, sotva znateľných vlniek objavujúcich sa na povrchu kvapaliny, cez ihličie a vrcholy, ktoré menia ostrosť a sklon a rastú v kvety a stromy.

Schopnosť vytvárať farebné maľby pomocou podsvietenia, skutočne hypnotizujúce pre pozorovateľa, odhaľuje mu neznámy svet.

Žiaľ, kovové častice, aj keď sa nazývajú feromagnetické, nie sú feromagnetické v plnom zmysle, pretože si nedokážu zachovať svoj výsledný tvar po zániku magnetického poľa. Pretože nemajú vlastnú magnetizáciu. V tomto smere nenašlo široké uplatnenie využitie tohto objavu, ktorý mimochodom nie je úplne nový – urobil ho Američan Rosenzweig v polovici minulého storočia.

Ako vyrobiť a kde sa používa feromagnetická kvapalina?

Ferrofluidy sa používajú v elektronike a automobilovom priemysle a rád by som veril, že ich široké využitie je za rohom a s rozvojom nanotechnológií sa budú využívať pomerne široko. Medzitým je to väčšinou zábava pre obdivujúcu verejnosť, rozmaznanú rôznymi druhmi okuliarov.

Trojrozmerné obrazy vás nútia sledovať ich so zatajeným dychom, pochybovať, či nejde o montáž a hľadať vysvetlenie toho, čo sa deje, aspoň na internete. Ktovie, možno malý chlapec, ktorý dnes s otvorenými ústami sleduje metalické „živé“ farby a postavy, zajtra nájde pre tento fenomén zásadne nové uplatnenie, čím spôsobí revolúciu vo vede a technike. Ale to je zajtra, ale zatiaľ sledujte a užívajte si!

Tatyana Albertovna,
Máte, samozrejme, pravdu - iónová väzba karboxylovej skupiny je silnejšia ako väzba donor-akceptor amínu. Ale v druhom prípade je elektrónová štruktúra povrchovej vrstvy častice menej narušená, čo je dôležité najmä pre nanoobjekty (s klesajúcou veľkosťou sa zvyšuje podiel atómov na povrchu). Etanolamíny by nemali stabilizovať magnetit, pretože 1) malá molekula, stérický faktor je nedostatočný 2) hydrofilný, nenarušuje kontakt častice s vodou (a rozpusteným kyslíkom). Oleylamín však môže byť zaujímavým stabilizátorom (alebo zmesou s oleínom). Otázka je mimo témy: skúšali ste vyrábať magnetit (prvá fáza, koprecipitácia) v magnetickom poli? Malo by byť niečo objednané (napríklad tyčinky) :))
Vladimir Vladimirovič,
Podľa literatúry môže Fe(III) oxidovať nenasýtené mastné kyseliny. Inými slovami, pomocou kyseliny olejovej možno hematit premeniť na magnetit. Tu je jeden vtipný (len pre Angelinu Valerievnu:)

Alexander Borisovič, absolútne s vami súhlasím, pokiaľ ide o etanolamíny.
Skúšal som ich použiť na stabilizáciu magnetitu pred 20 rokmi, keď sa prístupy k syntéze magnetických tekutín len skúmali. Pokusy o vytvorenie stabilných koloidných systémov sprevádzalo neustále hľadanie niečoho nového. Bez chýb, dokonca aj z teoretického hľadiska zjavných, nikdy nebudú výsledky ani pochopenie.

...iónová väzba karboxylovej skupiny je silnejšia ako väzba donor-akceptor amínu. Ale v druhom prípade je elektrónová štruktúra povrchovej vrstvy častice menej narušená, čo je obzvlášť dôležité pre nanoobjekty...
Pre nás je v prvom rade dôležitá energia adsorpčnej interakcie. Ako som pochopil, čím väčšia energia, tým väčšie zmeny v elektrónovej štruktúre povrchovej vrstvy v dôsledku chemisorpcie a naopak. Všetko je logické. Otázka: sú takéto zmeny negatívne pre častice magnetitu s priemerným priemerom 10 nm? Alebo naopak. Práve v tomto prípade zmeny v elektrónovej štruktúre povrchovej vrstvy v dôsledku chemisorpcie ešte viac posilňujú adsorpčné interakcie, a preto pomáhajú riešiť len jednu z primárnych úloh pri syntéze MF - stabilizáciu častíc dispergovanej fázy.

Napriek tomu môže byť oleylamín zaujímavým objektom (alebo zmesou s oleínom).
Ak bude možnosť, určite to vyskúšame.

Inými slovami, pomocou kyseliny olejovej možno hematit premeniť na magnetit.
Ukazuje sa to zaujímavé. Pre magnetit stabilizovaný povrchovo aktívnou látkou získame pomer 2- a 3-mocného železa 1:8. Toto už nie je magnetit!?
A ak adsorbujeme kyselinu olejovú na častice hematitu, získame skutočný magnetit?

Je to už 52 rokov, čo zamestnanec NASA Steve Papell vynašiel ferrofluid. Riešil veľmi špecifický problém: ako v stave beztiaže prinútiť kvapalinu v palivovej nádrži rakety priblížiť sa k otvoru, z ktorého čerpadlo pumpovalo palivo do spaľovacej komory. Vtedy Papell prišiel s netriviálnym riešením – pridaním akejsi magnetickej látky do paliva s cieľom ovládať pohyb paliva v nádrži pomocou externého magnetu. Takto sa zrodila feromagnetická kvapalina.

Papell ako magnetickú látku použil magnetit (Fe 3 O 4), ktorý špeciálnou technológiou (mletý v zmesi s kyselinou olejovou) drvil mnoho dní. Výsledkom bola stabilná koloidná suspenzia, v ktorej stabilne existovali drobné častice magnetitu s veľkosťou 0,1 až 0,2 mikrónu. Kyselina olejová v tomto systéme zohrávala úlohu povrchového modifikátora, ktorý zabránil zlepeniu častíc magnetitu. Patent S. Papella US 3215572 A (Nízkoviskózna magnetická kvapalina získaná koloidnou suspenziou magnetických častíc) je otvorený a možno si ho pozrieť na internete. Klasické zloženie feromagnetickej tekutiny je 5% (objemových) magnetických častíc, 10% povrchového modifikátora (kyselina olejová, citrónová alebo polyakrylová atď.). Zvyšok tvorí organické rozpúšťadlo vrátane tekutých olejov.

V posledných rokoch ožil záujem o magnetické tekutiny a dnes už našli mnoho aplikácií. Ak použijete takúto kvapalinu na neodymový magnet, magnet sa bude kĺzať po povrchu s minimálnym odporom, to znamená, že trenie sa prudko zníži. Rádioabsorbujúce nátery pre lietadlá sa vyrábajú v USA na báze feromagnetickej kvapaliny. A tvorcovia slávneho Ferrari používajú magnetoreologickú kvapalinu v odpružení auta: manipuláciou s magnetom môže vodič pruženie kedykoľvek stvrdnúť alebo zmäknúť. A to je len niekoľko príkladov.

Magnetická tekutina je úžasný materiál. Akonáhle ho umiestnite do magnetického poľa, rozptýlené magnetické častice sa spoja a zoradia pozdĺž siločiar, čím sa premenia na úplne pevnú látku. Dnes sa triky s magnetickou tekutinou, ktorá sa po kontakte s magnetom zmení na ježkov alebo kaktusy, ktoré sú z hľadiska symetrie bezchybné, predvádzajú mnohé zábavné programy. Samozrejme, môžete si kúpiť feromagnetickú kvapalinu, ale oveľa zaujímavejšie je vyrobiť si ju sami.

Písali sme o tom, ako získať samotvrdnúcu magnetickú tekutinu, ktorá vám umožní skúmať štruktúry tvorené magnetickými časticami pod mikroskopom („Chémia a život“, 2015, č. 11) A tu je ďalší recept na domácu feromagnetická kvapalina. Vezmite 50 ml tonera do laserovej tlačiarne. Tento prášok pozostáva z najmenej 40 % magnetitu, ktorého veľkosť častíc je 10 nanometrov alebo menej. Toner nevyhnutne obsahuje aj povrchový modifikátor, aby sa nanočastice nezlepili. Pridajte 30 ml rastlinného oleja (dve polievkové lyžice) do 50 ml tonera a dôkladne premiešajte, pričom v tomto procese nešetríte čas. Výsledkom bude čierna homogénna kvapalina podobná kyslej smotane. Teraz ho nalejte do plochej sklenenej nádoby so stranami tak, aby hrúbka vrstvy bola aspoň centimeter. Umiestnite magnet pod dno nádoby a v kvapaline sa na tomto mieste okamžite objaví tvrdý ježko. Dá sa posúvať pomocou magnetu. Ak privediete magnet k povrchu kvapaliny alebo zboku, kvapalina doslova vyskočí smerom k magnetu, takže buďte opatrní. Aby ste predišli tomuto problému, môžete umiestniť magnetickú tekutinu do malej sklenenej kužeľovej banky a naplniť ju do polovice alebo o niečo menej. Nakloňte banku, aby ste vytvorili vrstvu kvapaliny pozdĺž steny banky a pridržte magnet blízko skla.

Úspech závisí od sily magnetu (malý neodýmový magnet sa dá kúpiť v obchodoch) a kvality tonera. V druhom prípade si musíte byť istí, že obsahuje magnetický prášok.

Tonery nachádzajúce sa v náplniach do tlačiarní majú zaujímavé magnetické vlastnosti, s ktorými môžete vo svojom voľnom čase experimentovať. Efekt, ktorý vytvárajú, je veľmi zaujímavý, pretože kvapalina sa začína ťahať smerom k magnetu a jednotlivé prvky navyše vytvárajú bizarné geometrické tvary. Pravda, nie všetky tonery sú vhodné na opakovanie tohto podrobného návodu. Potrebné budú iba tmavé tonery, pretože farebné tonery sa vyrábajú bez použitia tmavých magnetických častíc.

Materiály

Na výrobu magnetickej tekutiny vlastnými rukami budete potrebovať:

• hrubý list papiera;
• ochranné rukavice;
• ochranná maska;
• prázdny sklenený pohár;
• plastová nálepka na miešanie;
• zeleninový olej;
• lyžica;
• širokú plastovú nádobu, napríklad tanier.

Krok 1. Kazetu veľmi opatrne otvorte, aby ste z nej vysypali toner do skleneného pohára. Celkovo budete potrebovať asi 50 mm tekutiny. Ak chcete skontrolovať, či má tekutina, ktorú ste si vybrali, magnetické vlastnosti, stačí prejsť magnetom po stene pohára. Ak je aktivovaný, experiment môže pokračovať.

Tekutý toner nie je zdraviu škodlivý, pokiaľ ho nevdýchnete alebo nevypijete. Preto pred vykonaním tejto práce musíte nosiť ochranné rukavice a masku. Týmto spôsobom znížite pravdepodobnosť otravy, ak sa vám tekutina náhodou dostane na ruky.

Krok 2. K objemu tovaru, ktorý ste už dostali, musíte pridať dve polievkové lyžice rastlinného oleja. Pomocou plastovej nálepky dôkladne premiešajte zmes, ktorú ste dostali. Ak chcete pokračovať v experimente, musí byť homogénny.

Krok 3. Výslednú magnetickú kvapalinu musíte opatrne naliať do širokej nádoby. To je presne to, čo je potrebné, aby ste videli všetko, čo sa stane s výslednou magnetickou tekutinou.

Priložte magnet zo spodnej časti taniera smerom von. Venujte pozornosť tomu, čo sa deje vo vnútri nádoby. V mieste kontaktu magnetu by sa kvapalina mala zhromažďovať v objemnom tuberkule v tvare ježka. Sú to magnetické častice, ktoré výrobcovia pridávajú do tonera. Môžu byť menšie alebo väčšie, čo opäť závisí od výrobcu.

Krok 4. S touto tekutinou môžete vytvoriť magnetický vzor. Aby ste to dosiahli, musíte naliať časť tekutiny na hrubý papier a držať magnet na zadnej strane. Pohybom zo strany na stranu budete kresliť.

Ak tonerom zašpiníte nejaké predmety alebo nábytok, všetko opláchnite studenou vodou, mali by ste to bez problémov zvládnuť. V žiadnom prípade nepoužívajte horúcu vodu, pigment zafixuje a znemožní jeho vymytie.

Videli ste už magnetickú tekutinu? Vyzerá ako tekutý kov a roztiahne sa ihlami, ak k nemu prinesiete magnet. Tu nájdete návod, ako si doma vyrobiť feromagnetickú kvapalinu vlastnými rukami.

Teória je takáto: moderné laserové tlačiarne obsahujú minerál magnetit (Fe3O4). Je to potrebné, aby sa častice farby prilepili na papier. Tento minerál reaguje na magnetické polia a je preto veľmi vhodný pre náš experiment.

Krok 1: Materiály

• Ochranné rukavice
• Ochranná maska
• Sklenená odmerka
• Kazeta (stará) z tlačiarne alebo kopírky
• Miešacia tyčinka
• Malá nádoba a kúsok papiera
• Silný neodymový magnet

Krok 2: Zbierajte toner

Opatrne nalejte toner z kazety do skleneného pohára. Potrebujete asi 50 ml.
Prejdite magnetom cez vonkajšiu STRANU ŠÁLKA, aby ste sa uistili, že toner je magnetický.

Buďte opatrní: Toner je relatívne bezpečný, pokiaľ ho nevdychujete ani nepijete, ale veľmi ľahko sa rozprašuje a vytvára veľa neporiadku, preto noste ochranné rukavice a masku.

Krok 3: Pridajte olej

Pridajte dve polievkové lyžice oleja.

Krok 4: Miešajte

Miešajte, kým sa kvapalina nestane úplne homogénnou.

Krok 5: Magnetická reakcia

1. Nalejte trochu tekutiny do malej nádoby.
2. Umiestnite magnet pod dno nádoby
3. Kvapalina sa začne rozširovať!

Ak výsledok nevyzerá ako na fotografii, potom je s najväčšou pravdepodobnosťou problém s tonerom. Niektoré značky obsahujú viac či menej magnetických komponentov. Môžete tiež skúsiť pridať trochu viac oleja, alebo naopak, ubrať. Niektoré značky neobsahujú ferrofluid vôbec - potom budete musieť nájsť inú náplň.

Krok 6: Magický atrament

1. Teraz nalejte na papier trochu magnetickej tekutiny
2. Presuňte magnet pod papier
3. Získate „magnetické kresby“!

Ak tonerom zašpiníte všetko naokolo, vyčistite ho vysávačom alebo opláchnite studenou vodou. Nepoužívajte horúcu vodu ani netierajte miesta, ktoré sú znečistené tonerom – to môže spôsobiť trvalé vtieranie tonera do povrchu.