به گزارش ایسنا و به نقل از گیزمگ، همانطور که می‌دانید آهن‌رباها همیشه به حالت جامد هستند، اما نزدیکترین چیزی که به یک مایع مغناطیسی داریم، یک طبقه از مایعات به نام "فروسیال"(ferrofluid) است. فروسیال‌ها از ذرات آهن-اکسید معلق در مایعات ساخته شده‌اند و زمانی که در معرض آهنربا قرار می‌گیرند تنها به طور موقت مغناطیسی هستند.

اما اکنون محققان آزمایشگاه ملی "لارنس برکلی" توانسته‌اند اولین مایع تمام مغناطیسی دائمی را ایجاد کنند که می‌تواند راه‌های جدیدی برای صنایع الکترونیک و رباتیک باز کند.

فروسیال‌ها حدودا از دهه 1960 بکار گرفته شده‌اند و از آن موقع در بلندگوها، ساعت‌های چشم نواز و سطوحی که می‌توانند چسبندگی و لغزندگی خود را براساس نیاز تغییر دهند، استفاده شده‌اند و ممکن است به زودی برای حرکت ماهواره‌های کوچک استفاده شوند.

اما در تمام این موارد، مایع تنها زمانی خواص مغناطیسی خود را نشان می‌دهد که یک میدان مغناطیسی بر آن اعمال شود، در حالی که مایع مغناطیسی جدید آزمایشگاه برکلی اولین سیالی است که به طور دائمی مغناطیسی است.

"تام راسل" پژوهشگر ارشد این مطالعه می‌گوید: ما یک ماده جدید ساخته‌ایم که هم مایع و هم مغناطیسی است. هیچ‌کس تا به حال چنین چیزی را مشاهده نکرده است. این مایع، ما را هم متعجب کرد.

وی افزود: اگر یک فروسیال به طور موقت مغناطیسی باشد، ما چگونه می‌توانیم آن را به طور دائمی مغناطیسی کنیم و مانند یک آهن‌ربای جامد رفتار کند، اما همچنان حالت مایع داشته باشد؟

این تیم با چاپ سه بعدی قطرات یک میلی‌متری از یک فروسیال شروع کرد که هر کدام دارای میلیاردها نانوذره آهن-اکسید با عرض تنها 20 نانومتر بودند. این نانوذرات در یک محلول دیگر معلق بودند. محققان در بررسی دقیق‌تر دریافتند که قطرات شکل خود را حفظ کردند، زیرا نانوذرات اطراف لبه‌های آنها را گرفته بودند.

سپس محققان یک سیم‌پیچ مغناطیسی را از روی قطرات گذراندند که موجب فعال شدن مغناطیس آنها شد. اما برخلاف فروسیال‌های معمولی، این مغناطیس حتی پس از برداشتن سیم‌پیچ نیز باقی ماند و قطرات شروع به چرخش هماهنگ به دور یکدیگر کردند.

با مطالعه مغناطیس قطرات، تیم متوجه شد که چرا این اتفاق افتاده است. هر نانوذره آهن-اکسید موجود در هر قطره به طور مستقل و همزمان به میدان مغناطیسی واکنش نشان داد و به دلیل اینکه بسیاری از آنها در سطح با هم جمع شده شوند، اساسا یک پوسته مغناطیسی جامد را تشکیل دادند. این ذرات بیرونی همچنین جهت‌گیری مغناطیسی خود را از روی نانوذرات موجود در هسته گذراندند.

همانطور که از مایع مغناطیسی انتظار می‌رود، خواص مغناطیسی خود را در هر شکلی حفظ می‌کند. محققان نشان دادند که این مایع می‌تواند قطره‌ها را به قسمت‌های کوچک‌تر تقسیم کند یا آنها را به شکل کره، سیلندر، پنکیکی، لوله‌ای و حتی به شکل هشت پا دربیاورد، در حالی که هنوز مغناطیسی هستند.

مهمتر از همه، قطره‌ها قابل تنظیم هستند، بنابراین می‌توان حالت مغناطیسی آنها را روشن و خاموش کرد.

در مجموع، این خواص می‌تواند این قطرات را در ربات‌ها و یا دستگاه‌های الکترونیکی بسیار مفید و کاربردی کند.

تیم سازنده می‌گوید از آنها می‌توان برای تولید سلول‌های مصنوعی چاپ سه بعدی مایع و یا ربات‌های تحت کنترل مغناطیسی که داروها را داخل بدن حمل می‌کنند، استفاده شود.

فِروسیال یا فِروفلوئید ترکیبی از دو واژه فرومغناطیس و فِلوئید به معنای شاره یا سیال یا محلول مغناطیسی شاره‌ای است که در حضور یک میدان مغناطیسی به شدت مغناطیده می‌شود. فروسیال مخلوطی کلوئیدی، متشکل از ذرات فرومغناطیسی در ابعاد نانو یا ذرات فرومغناطیسی به صورت معلق در یک مایع حامل(معمولاً یک حلال آلی یا آب) است. هر ذره کوچک کاملاً پوشیده از سورفاکتانت است تا مانع لخته شدن شود. زمانی که این مایع در میدان مغناطیسی قوی قرار می‌گیرد، ذرات فرومغناطیسی لخته‌های بزرگی را تشکیل می‌دهند و به این صورت می‌توان ذرات فرومغناطیسی بزرگ را از مخلوط کلوئیدی همگن جدا کرد. جاذبه مغناطیسی بین نانوذرات به اندازه‌ای ضعیف است که نیروی واندروالسی سورفاکتانت برای جلوگیری از توده‌ای شدن یا لخته شدن کفایت می‌کند.

فروسیال معمولا زمانی که در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار نگرفته‌ است، خاصیت مغناطیسی خود را حفظ نمی‌کند و به همین دلیل در هنگام طبقه‌بندی، به جای گروه فِرومغناطیس‌ها در گروه ابرپارامغناطیسها(Superparamagnet) قرار می‌گیرد. تفاوت بین فروسیال‌ها و مایعات مغناطیسی یا همان مایع‌های MR اندازه ذرات آن‌هاست.

ذرات موجود در فروسیال‌ها عمدتا ذرات نانو هستند که در مایع معلق می‌باشند و به‌طور کلی در شرایط معمولی ته‌نشین نمی‌شوند. در حالی که ذرات تشکیل دهنده مایعات مغناطیسی عمدتا در مقیاس میکرومتر هستند که برای معلق ماندن بسیار سنگینند و به مرور زمان به دلیل تفاوت چگالی ذاتی بین ذرات تشکیل دهنده و سیال حامل، ته‌نشین می‌شوند. از این رو ماده‌های فروسیال و مایعات مغناطیسی کاربردهای متفاوتی دارند.

این پژوهش در مجله Science منتشر شده است.

انتهای پیام