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世界上第一种拥有永久磁性的液体磁铁 【颠覆创新】

2020-09-04

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磁铁大家一定都不会陌生,它的主要成分是铁、钴、镍等原子。由于这些原子的内部结构比较特殊,本身就具有磁矩,因此磁铁能够产生磁场,具有可以吸附铁磁性物质的能力。磁铁在现实生活中应用十分广泛,比如指南针、电动机、发电机和磁悬浮列车等等。
 
 
在大家的印象中,磁铁都是坚硬的固体形态,磁铁有没有可能是液体的形态呢?在此之前,最接近带有磁性的液体的是一种被称为铁磁流体的液体,它是铁氧化物颗粒的溶液,当它们处于其它磁场的条件下就会具有强磁性,当外界磁场撤除时,铁磁流体就不再具有磁性。有了铁磁流体作为参考,许多科学家一直希望创造出像固体磁铁一样的,具有永久磁性的磁性液体。
 
最近,劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员对外界宣布,他们已经制造出世界上第一种具有永久磁性的液体,这一成果可能为诸多领域带来翻天覆地的变化。在过去的七年里,实验室的研究人员在一个名为自适应界面组件的结构液体项目中不断探索,最终开发出这种新的材料,一种可3D打印的全液体结构。
 
液体永磁材料
 
研究人员使用3D打印技术制作出1毫米的铁磁流体液滴,每个液滴含有数十亿只20纳米宽的氧化铁纳米颗粒。将它们悬浮在另一种液体溶液中,借助表面化学和复杂的原子力显微镜技术,研究人员发现纳米颗粒在两种液体之间的界面处相互拥挤,通过一种被称为“界面干扰”的现象形成了一个类似固体的壳。
 
接下来,研究人员在外部液体中放入一个磁性线圈,磁性线圈将氧化铁纳米颗粒拉向它,从而激发了铁磁流体液滴的磁力。结果与通常的铁磁流体不同,当磁性线圈被移除之后,铁磁流体液滴的磁性仍然存在并开始一致地围绕着彼此旋转。
 
液体永磁
 
通过进一步对液滴进行磁力测量,研究人员找出了原因。液滴中的每个氧化铁纳米颗粒会立即对磁性线圈的磁场做出一致的响应,就像固体磁铁一样。并且因为许多纳米颗粒在表面被紧密的卡在一起,让它们在表面上形成了固体磁壳。这些外部的纳米颗粒也将它们的磁性传递到液滴核心中的纳米颗粒上,使整个液滴获得了永久磁性。
 
正如研究人员希望的那样,磁性液体可以在任何形状下都保持磁性。铁磁流体液滴还可以被分成更小的液滴,也可以将它们变成任何形状,比如球形、圆柱形、薄饼形和管形等等。最重要的是,可以通过对液滴的调节,随意打开和关闭铁磁流体的磁性。
 
液体磁性材料
 
基于这种既是液体又有磁性的新材料已经发现的特征,为磁性软物质的新科学领域打开了大门。它将来可以被用于各种应用,从提供靶向癌症疗法的人造细胞到可以改变其形状以适应周围环境的柔性液体机器人。
 
总结:一般情况下提及的磁铁都是固体,它们的应用十分广泛;现在最接近液体的磁铁是铁磁流体的液体,当外部磁场撤除时它的磁性也会消失;新型的液体磁铁是用3D打印技术制成的氧化铁纳米颗粒构成的铁磁流体液滴组成,它具有永久磁性,而且外形任意;液体磁铁未来应用广泛,特别是人造细胞和液体机器人。
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