Магнітна рідина своїми руками у домашніх умовах. Феромагнітна рідина своїми руками з картриджем від лазерного принтера. Виготовлення магнітної рідини механічним способом

Людині, далекій від наукових відкриттів, що попрощалася з фізикою або хімією ще в школі, багато речей здаються незвичайними. Користуючись у повсякденності, наприклад електроприладами, ми не замислюємося про те, як саме вони працюють, сприймаючи блага цивілізації, як належне. Але коли мова заходить про щось, що виходить за рамки побутового сприйняття, навіть дорослі люди дивуються, наче діти, і починають вірити в чудеса.

Чим, крім магії, можна пояснити явище виникнення з, здавалося б, звичайної рідини об'ємних фігур, квітів та пірамід, чарівних картин, що змінюють одна одну? Адже не диво, наука дає обґрунтування того, що відбувається.

Що таке ферорідність?

Йдеться про ферорідкість – колоїдну систему, що складається з води або іншого органічного розчинника, що містить найдрібніші частинки магнетиту, та будь-якого матеріалу, що містить залізо. Їх розміри настільки малі, що навіть важко уявити: вони в десятки разів тонші за людське волосся! Такі мікроскопічні показники величини дозволяють їм рівномірно розподілятися у розчиннику за допомогою теплового руху.

До того часу, поки немає зовнішнього впливу, рідина спокійна, нагадуючи собою дзеркало. Але варто лише піднести до цього «дзеркала» спрямоване магнітне поле, як воно оживає, виявляючи глядачеві дивовижні об'ємні картини: розквітають чарівні квіти, виростають на поверхні фігури, що рухаються, змінюються під впливом поля.

Залежно від сили та спрямованості впливу магнітного поля, картини змінюються на очах – від легкої, ледь помітної брижів, що з'являється на поверхні рідини, через голки та піки, що змінюють гостроту і нахил і переростають у квіти та дерева.

Можливість створювати кольорові картини за допомогою підсвічування, які воістину зачаровують спостерігача, розкривають перед ним незвіданий світ.

На жаль, частинки металу, хоч і названі феромагнітними, в повному розумінні такими не є, тому що не можуть зберігати форму після зникнення магнітного поля. Оскільки вони не мають власної намагніченості. У зв'язку з цим використання даного відкриття, що є, до речі, не зовсім новим – його зробив американець Розенцвейг ще в середині минулого століття, не знайшло широкого застосування.

Як зробити і де застосовується феромагнітна рідина?

Ферродидкості застосовуються в електроніці, в автомобільній промисловості, і хочеться вірити, що їхнє повсюдне застосування не за горами, і з розвитком нанотехнологій вони будуть досить широко використовуватися. Поки що це переважно забава для захопленої публіки, розпещеної різними видами видовищ.

Об'ємні картини змушують стежити за ними, затамувавши подих, сумніватися, чи не монтаж це, і шукати пояснення того, що відбувається, хоча б в інтернеті. Знати, можливо маленький хлопчик, який сьогодні стежить за металевими «живими» квітами і фігурами, роззявивши рота, завтра знайде цьому явищу принципово нове застосування, зробивши революцію в науці і техніці. Але це – завтра, а поки – дивіться та насолоджуйтесь!

Тетяна Альбертівна,
Ви, звичайно, праві - іонний зв'язок карбоксильної групи сильніший за донорно-акцепторний амін. Але в останньому випадку менше порушується електронна структура поверхневого шару частинки, що є особливо важливим для нанооб'єктів (зі зменшенням розміру зростає частка атомів на поверхні). Етаноламін і не повинні стабілізувати магнетит, т.к. 1) невелика молекула, стеричний фактор недостатній 2) гідрофільна, не перешкоджає контакту частинки з водою (і розчиненим киснем). Все-таки, олеіламін може бути цікавим стабілізатором (або суміш із олеїнкою). Запитання не в тему: а Ви не пробували отримувати магнетит (перша стадія, співосадження) у магнітному полі? Повинно вийти щось упорядковане (палички, наприклад) :))
Володимир Володимирович,
за літературними даними Fe(III) може окислювати ненасичені жирні кислоти. Інакше кажучи, за допомогою олеїнки гематит можна перевести на магнетит. Ось кумедний (якраз для Ангелини Валеріївни:)

Олександре Борисовичу, щодо етаноламінів я з Вами абсолютно згодна.
Я намагалася використовувати їх для стабілізації магнетиту ще років 20 тому, коли намацувалися підходи до синтезу магнітних рідин. Спроби створити стійкі колоїдні системи супроводжувалися постійним пошуком чогось нового. Без помилок, хай навіть очевидних з погляду теорії, ніколи не буде результату та розуміння.

…іонний зв'язок карбоксильної групи сильніший за донорно-акцепторний амін. Але в останньому випадку менше порушується електронна структура поверхневого шару частинки, що особливо важливо для нанооб'єктів.
Для нас важлива насамперед енергія адсорбційної взаємодії. Як я розумію, чим більша енергія, тим сильніше зміни в електронній структурі поверхневого шару в результаті хемосорбції, і навпаки. Все логічно. Питання: чи носять для часток магнетиту із середнім діаметром 10 нм такі зміни негативний характер? Або навпаки. Саме в цьому випадку зміни електронної структури поверхневого шару як наслідок хемосорбції роблять адсорбційні взаємодії ще сильнішими, а значить, лише допомагають вирішити одне з першочергових завдань при синтезі МР – стабілізацію частинок дисперсної фази.

Все-таки, олеіламін може бути цікавим об'єктом (або суміш із олеїнкою).
Буде нагода, обов'язково спробуємо.

Інакше кажучи, за допомогою олеїнки гематит можна перевести на магнетит.
Цікаво виходить. Для магнетиту, стабілізованого ПАР, отримуємо співвідношення 2-х та 3-х валентного заліза 1:8. Це вже не магнетит!
А якщо адсорбувати олеїнку на частинках гематиту, то отримаємо справжній магнетит?

Пройшло 52 роки з того часу, як співробітник NASA Стів Папелл винайшов феромагнітну рідину. Він вирішував цілком певне завдання: як за умов невагомості змусити рідину в паливному баку ракети підходити до отвору, з якого насос перекачував паливо в камеру згоряння. Тоді Папел і придумав нетривіальне рішення — додавати в паливо якусь магнітну субстанцію, щоб за допомогою зовнішнього магніту керувати переміщенням палива в баку. Так на світ з'явилася феромагнітна рідина.

Як магнітна речовина Папел використовував магнетит (Fe 3 O 4), який за спеціальною технологією подрібнював (перетирав у суміші з олеїновою кислотою) протягом багатьох днів. Виходила стійка колоїдна суспензія, у якій стабільно існували крихітні частинки магнетиту розміром 0,1-0,2 мікрона. Олеїнова кислота у цій системі грала роль модифікатора поверхні, який давав часткам магнетиту злипатися. Патент С.Папелла US 3215572 A (Low viscosity magnetic fluid obtained by colloidal suspension of magnetic particles) відкритий, і його можна подивитися в Інтернеті. Класичний склад феромагнітної рідини - 5% (за обсягом) магнітних частинок, 10% модифікатора поверхні (олеїнова, лимонна або поліакрилова кислоти та ін.). Решта - органічний розчинник, включаючи рідкі олії.

Інтерес до магнітних рідин пожвавився останніми роками, і сьогодні вони вже знайшли безліч застосувань. Якщо нанести таку рідину на неодимовий магніт, то магніт ковзатиме по поверхні з мінімальним опором, тобто тертя різко зменшиться. На основі феромагнітної рідини у США роблять радіопоглинаючі покриття на літаки. А творці знаменитого Ferrari використовують магнітореологічну рідину в підвісці автомобіля: маніпулюючи магнітом, водій може зробити підвіску будь-якої миті жорсткішою або м'якшою. І це лише кілька прикладів.

Магнітна рідина – дивовижний матеріал. Варто помістити її в магнітне поле, як розрізнені магнітні частинки об'єднуються і вишиковуються вздовж силових ліній поля, перетворюючись на цілком тверду речовину. Сьогодні фокуси з магнітною рідиною, яка при зіткненні з магнітом перетворюється на бездоганні з погляду симетрії їжачків або кактуси, показують на багатьох розважальних шоу. Звичайно, феромагнітну рідину можна купити, але набагато цікавіше зробити самому.

Ми писали про те, як отримати самозатвердювальну магнітну рідину, яка дозволить розглянути структури, утворені магнітними частинками, під мікроскопом («Хімія і життя», 2015, №11). А ось ще один рецепт саморобної феромагнітної рідини. Візьміть 50 мл тонера лазерного принтера. Цей порошок не менш ніж на 40% складається з магнетиту, розмір частинок якого становить 10 нанометрів і менше. У тонері також обов'язково є модифікатор поверхні, щоб наночастинки не злипалися. До 50 мл тонера додайте 30 мл олії (дві столові ложки) і ретельно перемішайте, не шкодуючи на цей процес часу. Вийде чорна однорідна рідина, схожа на сметану. А тепер налийте її в плоску скляну ємність з бортиками, щоб товщина шару була не меншою за сантиметр. Піднесіть магніт під денце ємності, і в цьому місці в рідині відразу виникне жорсткий їжачок. За допомогою магніта його можна переміщувати. Якщо ви піднесете магніт до поверхні рідини або збоку, то рідина буквально вискочить назустріч магніту, так що будьте обережні. Щоб уникнути цієї неприємності, можна помістити магнітну рідину в невелику скляну конічну колбу, заповнивши її наполовину або трохи менше. Нахиліть колбу, щоб утворився шар рідини вздовж її стінки, і піднесіть магніт до скла.

Успіх залежить від сили магніту (неодимовий магніт невеликого розміру можна купити в магазинах) та якості тонера. У разі треба бути впевненим, що він містить магнітний порошок.

Тонери, які містяться в картриджах принтерів, мають цікаві магнітні властивості, і ви можете на дозвіллі поекспериментувати з ними. Ефект від них виходить дуже цікавим, тому що рідина починає тягнутися за магнітом, і більше того, окремі елементи утворюють химерні геометричні форми. Правда, не всі тонери підійдуть для повтору цієї покрокової інструкції. Потрібні будуть лише тонери темного кольору, оскільки кольорові робляться без використання темних магнітних частинок.

Матеріали

Щоб зробити магнітну рідину своїми руками, вам знадобляться:

• щільний аркуш паперу;
• захисні рукавички;
• захисна маска;
• порожня скляна склянка;
• пластиковий стікер для помішування;
• масло рослинне;
• ложка;
• широка пластикова ємність, наприклад тарілка.

Крок 1. Обережно розкрийте картридж, щоб вилити з нього тонер у скляну склянку. Усього вам знадобиться близько 50 мм рідини. Щоб перевірити, чи вибрана вами рідина має магнітні властивості, достатньо провести по стінці склянки магнітом. Якщо активізується, експеримент можна продовжувати.

Рідина з тонера не є небезпечною для здоров'я, якщо ви її не вдихаєте і не п'єте. Саме тому перед цією роботою вам потрібно одягнути захисні рукавички та маску. Так ви зменшите ймовірність отруєння при випадковому попаданні рідини на руки.

Крок 2. До вже отриманого вами обсягу товару необхідно додати дві столові ложки олії. За допомогою пластикового стікера ґрунтовно перемішайте отриманий вами склад. Для продовження експерименту він обов'язково має бути однорідним.

Крок 3. Отриману магнітну рідину потрібно акуратно перелити в широку ємність. Саме така потрібна, щоб побачити все, що відбуватиметься з отриманою магнітною рідиною.

З донної частини тарілки, зовні піднесіть магніт. Зверніть увагу на те, що відбувається всередині ємності. У точці торкання магніту рідина повинна збиратися об'ємним горбком у вигляді їжачка. Це і є магнітні частинки, які виробники додають до тонеру. Вони можуть бути меншого або більшого розміру, що знов залежить від фірми виробника.

Крок 4. За допомогою цієї рідини ви можете зробити магнітний малюнок. Для цього вам необхідно частину рідини вилити на цупкий папір і зі зворотного боку піднести магніт. Рухаючи їм, з боку на бік, ви малюватимете.

Якщо ви забруднили тонером будь-які предмети або меблі, змийте все холодною водою, у вас це має вийти без проблем. Гарячу воду в жодному разі використовувати не потрібно, вона закріпить пігмент, і вимити його буде неможливо.

Ви колись бачили магнітну рідину? Вона схожа на рідкий метал і розшиперюється голками, якщо до неї піднести магніт. Тут ви знайдете інструкцію про те, як у домашніх умовах зробити феромагнітну рідину своїми руками.

Теорія така: сучасні лазерні принтери містять мінерал магнетит (Fe3O4). Він потрібний для того, щоб частинки фарби прилипали до паперу. Цей мінерал реагує на магнітні поля і, таким чином, добре підійде для нашого експерименту.

Крок 1: Матеріали

• Захисні рукавички
• Захисна маска
• Скляна мірна склянка
• Картридж (старий) від принтера або копіру
• Паличка для розмішування
• Невеликий контейнер та аркуш паперу
• Сильний неодимовий магніт

Крок 2: Зберіть тонер

Акуратно висипте тонер із картриджа у скляну склянку. Потрібно близько 50мл.
Проведіть магнітом по зовнішній частині склянки, щоб переконатися, що тонер має магнітні властивості.

Будьте обережні: тонер відносно безпечний, поки ви не вдихаєте і не п'єте його, але він дуже легко розпорошується і створює багато бруду, тому одягніть захисні рукавички та маску.

Крок 3: Додати масло

Додайте дві столові ложки олії.

Крок 4: розмішайте

Розмішуйте доки рідина не стане повністю однорідною.

Крок 5: Реакція на магніт

1. Вилийте трохи рідини у невеликий контейнер.
2. Підставте магніт під нижню частину контейнера
3. Рідина почне розшиперюватись!

Якщо результат не схожий на те, що ви бачите на фотографії, то, швидше за все, проблеми з тонером. Деякі марки містять більше чи менше магнітних складових. Також можете спробувати додати ще трохи олії, або навпаки, прибрати її. Деякі марки зовсім не містять ферофлюїд - тоді вам потрібно буде знайти інший картридж.

Крок 6: Магічне чорнило

1. Тепер вилийте трохи магнітної рідини на папір
2. Рухайте магнітом під папером
3. У вас з'являються "магнітні малюнки"!

Якщо ви забруднили все навколо тонером - використовуйте пилосос для збирання або змийте холодною водою. Не використовуйте гарячу воду і не натирайте місця, забруднені тонером – так ви можете втерти його на поверхню назавжди.