Феррожидкость — что это и как сделать ферромагнитную жидкость самому. Ферромагнитная жидкость своими руками с картриджем от лазерного принтера Тонер и магнит

Человеку, далекому от научных открытий, попрощавшемуся с физикой или химией еще в школе, многие вещи кажутся необычными. Пользуясь в повседневности, например, электроприборами, мы не задумываемся о том, как именно они работают, воспринимая блага цивилизации, как должное. Но когда речь заходит о чем-то, выходящем за рамки бытового восприятия, даже взрослые люди изумляются, словно дети, и начинают верить в чудеса.

Чем, кроме магии, можно объяснить явление возникновения из, казалось бы, обычной жидкости объемных фигур, цветов и пирамид, волшебных картин, сменяющих друг друга? А ведь не волшебство, наука дает обоснование происходящему.

Что такое феррожидкость?

Речь идет о феррожидкости – коллоидной системе, состоящей из воды или другого органического растворителя, содержащего мельчайшие частицы магнетита, и любого материала, который содержит железо. Их размеры настолько малы, что даже трудно представить: они в десятки раз тоньше человеческого волоса! Такие микроскопические показатели величины позволяют им равномерно распределяться в растворителе с помощью теплового движения.

До поры, пока нет внешнего воздействия, жидкость спокойна, напоминая собою зеркало. Но стоит только поднести к этому «зеркалу» направленное магнитное поле, как оно оживает, являя зрителю удивительные объемные картины: расцветают волшебные цветы, вырастают на поверхности движущиеся фигуры, изменяющиеся под воздействием поля.

В зависимости от силы и направленности воздействия магнитного поля, картины меняются на глазах – от легкой, едва заметной ряби, появляющейся на поверхности жидкости, через иглы и пики, меняющие остроту и наклон и перерастающие в цветы и деревья.

Возможность создавать цветные картины с помощью подсветки, поистине завораживающие наблюдателя, раскрывают перед ним неизведанный мир.

К сожалению, частицы металла, хоть и названы ферромагнитными, в полном смысле таковыми не являются, так как не могут сохранять получившуюся форму после исчезновения магнитного поля. Поскольку они не обладают собственной намагниченностью. В связи с этим и использование данного открытия, являющегося, к слову, не совсем новым – его совершил американец Розенцвейг еще в середине прошлого века, не нашло широкого применения.

Как сделать и где применяется ферромагнитная жидкость?

Феррожидкости применяются в электронике, в автомобильной промышленности, и хочется верить, что их повсеместное применение не за горами, и с развитием нанотехнологий они будут достаточно широко использоваться. Пока же это большей частью забава для восхищенной публики, избалованной различными видами зрелищ.

Объемные картины заставляют следить за ними, затаив дыхание, сомневаться, не монтаж ли это, и искать объяснение происходящему, хотя бы в интернете. Как знать, быть может маленький мальчик, который сегодня следит за металлическими «живыми» цветами и фигурами, разинув рот, завтра найдет этому явлению принципиально новое применение, произведя революцию в науке и технике. Но это – завтра, а пока – смотрите и наслаждайтесь!

Тонеры, которые содержатся в картриджах принтеров, обладают интересными магнитными свойствами, и вы можете на досуге поэкспериментировать с ними. Эффект от них получается очень интересным, потому как жидкость начинает тянуться за магнитом, и более того, отдельные элементы образуют причудливые геометрические формы. Правда, не все тонеры подойдут для повтора данной пошаговой инструкции. Нужны будут только тонеры темного цвета, поскольку цветные делаются без использования темных магнитных частиц.

Материалы

Чтобы сделать магнитную жидкость своими руками, вам понадобятся:

• плотный лист бумаги;
• защитные перчатки;
• защитная маска;
• пустой стеклянный стакан;
• пластиковый стикер для помешивания;
• масло растительное;
• ложка;
• широкая пластиковая емкость, например, тарелка.

Шаг 1 . Предельно аккуратно вскройте картридж, чтобы вылить из него тонер в стеклянный стакан. Всего вам понадобится около 50 мм жидкости. Чтобы проверить, имеет ли выбранная вами жидкость магнитные свойства, достаточно провести по стенке стакана магнитом. Если она активизируется, эксперимент можно продолжать.

Жидкость из тонера не опасна для здоровья, если вы ее не вдыхаете и не пьете. Именно поэтому перед данной работой вам нужно надеть защитные перчатки и маску. Так вы снизите вероятность отравления при случайном попадании жидкости на руки.

Шаг 2 . К уже полученному вами объему товара необходимо добавить две столовые ложки растительного масла. С помощью пластикового стикера основательным перемешайте полученный вами состав. Для продолжения эксперимента он обязательно должен быть однородным.

Шаг 3 . Полученную магнитную жидкость вам нужно аккуратно перелить в широкую емкость. Именно такая нужна, чтобы увидеть все, что будет происходить с полученной магнитной жидкостью.

С донной части тарелки, снаружи поднесите магнит. Обратите внимание на происходящее внутри емкости. В точке касания магнита жидкость должна собираться объемным бугорком в виде ежика. Это и есть магнитные частицы, которые производители добавляют в тонер. Они могут быть меньшего или большего размера, что опять-таки зависит от фирмы изготовителя.

Шаг 4 . С помощью данной жидкости вы можете сделать магнитный рисунок. Для этого вам необходимо часть жидкости вылить на плотную бумагу и с обратной стороны поднести магнит. Двигая им, из стороны в сторону, вы будете рисовать.

В случае если вы испачкали тонером любые предметы либо мебель, смойте все холодной водой, у вас это должно получиться без проблем. Горячую воду ни в коем случае использовать не нужно, она закрепит пигмент, и вымыть его будет невозможно.

Феррофлюид , он же магнитная жидкость — на редкость загадочная и любопытная штуковина. Впервые я его увидел лет десять тому назад, в парижском Музее науки и техники, где в качестве одного из экспонатов была представлена наглухо закрытая стеклянная посудина с маслянистой чёрной жижей внутри. Рядом лежала пара магнитов. При поднесении их в посудине жидкость реагировала, вставая эдаким ежом и образуя повторяющую форму магнита картину довольно угрожающего вида шипов. Там же было кратенькое описание, что это такое и чем его закусывают. Тогда я и узнал это название — феррофлюид. Разумеется, страстно возжелал, но тогда совершенно не было ни идей где его взять, ни возможностей для этого. И вот, спустя десять лет…

Феррофлюид, по сути, представляет собой взвесь наночастиц ферромагнетика (обычно магнетита), размерами около 10 нм (реже — больше), размешанных в поверхностно-активном веществе (органический растворитель типа олеиновой кислоты, или вода), которое образует вокруг наночастиц эдакую плёнку, не давая им слипаться. Под воздействием магнитного поля частицы выстраиваются по его линиям, образуя эти свои характерные иголки. В принципе, вряд ли мне удастся описать свойства феррофлюида лучше, чем в Вики , поэтому желающих узнать побольше теории отсылаю туда.

Искомую заветную баночку я отыскал на Ебее, как и многое другое. Ценник не очень обрадовал, но альтернатив практически не было (к слову, на supermagnete.de она раза в четыре дороже), поэтому пришлось заказывать. И вот, месяц спустя, баночка наконец у меня. 8 унций этой странной чёрной хрени.
Первое, что обнаружилось — она дико пачкается. Если капля феррофлюида попала на светлую одежду, это пятно не выведется НИЧЕМ. И очень, очень желательно при работе с ним надевать перчатки. Второе — она дико брызгается. Капли обнаруживались в самых непредсказуемых местах. И третье — ввиду сочетания первых двух свойств этой баночки хватит весьма ненадолго 🙁

Собственно, как выяснилось после нескольких экспериментов, для получения действительно интересных картин распределения частиц необходимо иметь мощные электромагниты и фигуры со сложной формой края (типа свёрел, шестерёнок и т.п.), причём по-хорошему электромагнит надо мотать именно на самом этом предмете. Развлечения же с постоянными магнитами любопытны, но, во-первых, мои магниты довольно слабые для получения больших картин, и, во-вторых, это развлечение минут на пять, поскольку поведение жидкости оказывается довольно однообразным.

Тем не менее пока что удалось придумать более или менее красочный вариант использования постоянных магнитов с ферромагнитной жидкостью: надо подносить магнит не снизу, а сверху (разумеется, через прослойку стекла или пластика), и тогда можно наблюдать, как из центра мисочки с феррофлюидом вырастает колонна, а стекло под магнитом начинает топорщится иглами перетекающей жидкости. Кроме того, сила гравитации, тянущая жидкость вниз, заметно увеличивает длину иголок.

Феррофлюид необычайно тяжело качественно сфотографировать. Ввиду его очень резкого глянцевого отражения света и полной черноты в любом хоть сколько-либо заметно толстом слое (кстати, в очень тонком он коричневый) заснять границы шипов оказывается затруднительно. Но в итоге я придумал что делать: снимать с выдержкой секунд пять, и за это время махать фонариком, освещая ежа из налипшего феррофлюида с разных сторон.

Кстати, феррофлюид можно попробовать сделать своими руками. Поскольку я пока не пробовал, не буду вдаваться в подробности, но когда доберусь — непременно распишу, что и как. Основная сложность заключается в необходимости центрифугирования взвеси, но можно попробовать обойтись подручными средствами, ибо центрифуги всё равно нету.

Отдельно хотелось бы упомянуть феррофлюидные скульптуры. Это то, к чему буду стремиться и что хочу в итоге от него получить. Очень завораживающее зрелище, особенно левитирующие.

Прошло 52 года с тех пор, как сотрудник NASA Стив Папелл изобрел ферромагнитную жидкость. Он решал вполне определенную задачу: как в условиях невесомости заставить жидкость в топливном баке ракеты подходить к отверстию, из которого насос перекачивал топливо в камеру сгорания. Тогда-то Папелл и придумал нетривиальное решение — добавлять в топливо какую-нибудь магнитную субстанцию, чтобы с помощью внешнего магнита управлять перемещением топлива в баке. Так на свет появилась ферромагнитная жидкость.

В качестве магнитного вещества Папелл использовал магнетит (Fe 3 O 4), который по специальной технологии размельчал (перетирал в смеси с олеиновой кислотой) в течение многих дней. Получалась устойчивая коллоидная суспензия, в которой стабильно существовали крошечные частички магнетита размером 0,1—0,2 микрона. Олеиновая кислота в этой системе играла роль модификатора поверхности, который не давал частицам магнетита слипаться. Патент С.Папелла US 3215572 A (Low viscosity magnetic fluid obtained by the colloidal suspension of magnetic particles) открыт, и его можно посмотреть в Интернете. Классический состав ферромагнитной жидкости — 5% (по объему) магнитных частиц, 10% модификатора поверхности (олеиновая, лимонная или полиакриловая кислоты и др.). Остальное — органический растворитель, включая жидкие масла.

Интерес к магнитным жидкостям оживился в последние годы, и сегодня они нашли уже множество применений. Если нанести такую жидкость на неодимовый магнит, то магнит будет скользить по поверхности с минимальным сопротивлением, то есть трение резко уменьшится. На основе ферромагнитной жидкости в США делают радиопоглощающие покрытия на самолеты. А создатели знаменитого Ferrari используют магнитореологическую жидкость в подвеске автомобиля: манипулируя магнитом, водитель может сделать подвеску в любой момент более жесткой или более мягкой. И это лишь несколько примеров.

Магнитная жидкость — удивительный материал. Стоит поместить ее в магнитное поле, как разрозненные магнитные частицы объединяются и выстраиваются вдоль силовых линий поля, превращаясь во вполне твердое вещество. Сегодня фокусы с магнитной жидкостью, которая при соприкосновении с магнитом превращается в безупречных с точки зрения симметрии ежиков или кактусы, показывают на многих развлекательных шоу. Конечно, ферромагнитную жидкость можно купить, но ведь гораздо интереснее сделать самому.

Мы писали о том, как получить самозатвердевающую магнитную жидкость, которая позволит рассмотреть структуры, образованные магнитными частицами, под микроскопом («Химия и жизнь», 2015, №11).А вот еще один рецепт самодельной ферромагнитной жидкости. Возьмите 50 мл тонера для лазерного принтера. Этот порошок не менее чем на 40% состоит из магнетита, размер частиц которого — 10 нанометров и меньше. В тонере также обязательно присутствует модификатор поверхности, чтобы наночастицы не слипались. К 50 мл тонера добавьте 30 мл растительного масла (две столовые ложки) и тщательно перемешайте, не жалея на этот процесс времени. Получится черная однородная жидкость, похожая на сметану. А теперь налейте ее в плоскую стеклянную емкость с бортиками, чтобы толщина слоя была не меньше сантиметра. Поднесите магнит под донышко емкости, и в этом месте в жидкости сразу же возникнет жесткий ежик. С помощью магнита его можно перемещать. Если же вы поднесете магнит к поверхности жидкости или сбоку, то жидкость буквально выскочит навстречу магниту, так что будьте осторожны. Чтобы избежать этой неприятности, можно поместить магнитную жидкость в небольшую стеклянную коническую колбу, заполнив ее наполовину или чуть меньше. Наклоните колбу, чтобы образовался слой жидкости вдоль ее стенки, и поднесите магнит к стеклу.

Успех зависит от силы магнита (неодимовый магнит небольшого размера можно купить в магазинах) и качества тонера. В последнем случае надо быть уверенным, что он содержит магнитный порошок.

В начале девяностых годов прошлого столетия на экраны кинотеатров вышел фильм «Терминатор-2». Все зрители были поражены способностью киборга-убийцы из вязкого металла, которого сыграл Роберт Патрик, принимать разнообразные обличья.

Тогда, восторгаясь профессионально сделанной компьютерной анимацией, мы не задумывались над тем, что эффект фантастических превращений киборга-убийцы можно смоделировать и в реальных условиях.

Ферромагнитная жидкость - это тот материал, который позволяет увидеть движущиеся скульптурные композиции. К классическому могут притягиваться или отталкиваться все вещества. Но реакция большинства из них такая слабая, что ее можно обнаружить только специальными приборами. Было бы здорово, если бы можно было увеличить материалов без разрушения их структуры и кардинального изменения их исходных свойств.

Все поменялось, когда в решение этого вопроса вмешались химики и сотворили ферромагнитные жидкости, имеющие хорошую текучесть. Они сумели получить мельчайшие магнитные частички, которые вводились в жидкости, и при воздействии на них магнитного поля не сбивались в комок и не оседали, а делали жидкость «твердой».

Ферромагнитная жидкость - это коллоидная дисперсия с очень маленькими частицами, стабилизированными в водной или углеводородной среде, при поддержке поверхностно-активных субстанций. Подобные жидкости обладают устойчивостью в течение нескольких лет и имеют при этом хорошую текучесть в сочетании со свойствами магнетизма.

Ферромагнитная жидкость может быть получена многими способами. Процесс довольно прост и складывается из двух стадий. Вначале необходимо получить магнитные частицы с размерами, близкими к коллоидным. А уже далее - стабилизировать их в жидкой основе.

Очень актуальной для исследователей остается тема возможности практического применения таких жидкостей. В последние годы они работают над очисткой сточной воды такими жидкостями от нефтепродуктов. Принцип этого процесса - омагничивание нефтепродуктов путем введения магнитных жидкостей в сточную воду. А далее омагниченные нефтепродукты отделяются особыми системами.

Ферромагнитная жидкость найдет свое применение и в медицине. Например, противоопухолевые медикаменты вредят здоровым клеткам. Но если смешать медикаменты с такой жидкостью и ввести больному в кровь, а у опухоли поставить магнит, то смесь сосредоточится в нужном месте и не повредит весь организм.

А вот еще пример. Компании, выпускающие в их амортизаторы наливают ферромагнитные жидкости. Подведенный к ним электромагнит мгновенно делает жидкость вязкой или текучей. Таким образом, регулируется подвеска автомобиля.

Есть у таких жидкостей и любопытные свойства. Если пропустить звуковую волну через намагниченную жидкость, то в расположенной рядом, возникает электрическая движущая сила. И еще. Если в раствор для мыльных пузырей добавить магнитную жидкость, то получится завораживающее представление.