Феррожидкость — что это и как сделать ферромагнитную жидкость самому. Магнитная жидкость своими руками Ферромагнитный порошок своими руками

(ПАВ), образующим защитную оболочку вокруг частиц и препятствующем их слипанию из-за Ван-дер-Ваальсовых или магнитных сил.

Несмотря на название, ферромагнитные жидкости не проявляют ферромагнитных свойств, поскольку не сохраняют остаточной намагниченности после исчезновения внешнего магнитного поля. На самом деле [ ] ферромагнитные жидкости являются парамагнетиками и их часто называют «суперпарамагнетиками» из-за высокой магнитной восприимчивости . Действительно ферромагнитные жидкости в настоящее время создать сложно. [ ]

Энциклопедичный YouTube

    1 / 4

    ✪ Ферромагнитная жидкость/Ferrofluid

    ✪ Как сделать ФЕРРОМАГНИТНУЮ ЖИДКОСТЬ ИЗ БЕНГАЛЬСКИХ ОГНЕЙ!Ферромагнитная жидкость!How make ferrofluid

    ✪ МАГНИТНАЯ ЖИДКОСТЬ СВОИМИ РУКАМИ MAGNETIC FLUID LIQUID METAL ferrofluid ИГОРЬ БЕЛЕЦКИЙ

    ✪ Как сделать МАГНИТНУЮ ЖИДКОСТЬ

    Субтитры

Описание

Ферромагнитные жидкости состоят из частиц нанометровых размеров (обычный размер 10 нм или меньше) магнетита , гематита или другого материала, содержащего железо , взвешенных в несущей жидкости. Они достаточно малы, чтобы тепловое движение распределило их равномерно по несущей жидкости, чтобы они давали вклад в реакцию жидкости в целом на магнитное поле. Аналогичным образом ионы в водных растворах парамагнитных солей (например, водный раствор сульфата меди(II) или хлорида марганца(II)) придают раствору парамагнитные свойства.

Ферромагнитные жидкости это коллоидные растворы - вещества, обладающие свойствами более чем одного состояния материи. В данном случае два состояния это твердый металл и жидкость , в которой он содержится. Эта способность изменять состояние под воздействием магнитного поля позволяет использовать ферромагнитные жидкости в качестве уплотнителей , смазки , а также может открыть другие применения в будущих наноэлектромеханических системах.

Ферромагнитные жидкости устойчивы: их твердые частицы не слипаются и не выделяются в отдельную фазу даже в очень сильном магнитном поле. Тем не менее, ПАВ в составе жидкости имеют свойство распадаться со временем (примерно несколько лет), и в конце концов частицы слипнутся, выделятся из жидкости и перестанут влиять на реакцию жидкости на магнитное поле. Также ферромагнитные жидкости теряют свои магнитные свойства при своей температуре Кюри , которая для них зависит от конкретного материала ферромагнитных частиц, ПАВ и несущей жидкости.

Термин «магнитореологическая жидкость» относится к жидкостям, которые подобно ферромагнитным жидкостям затвердевают в присутствии магнитного поля. Разница между ферромагнитной жидкостью и магнитореологической жидкостью в размере частиц. Частицы в ферромагнитной жидкости это в основном частицы нанометровых размеров, находящиеся во взвешенном состоянии из-за броуновского движения и не оседающие в нормальных условиях. Частицы в магнитореологической жидкости в основном микрометрового размера (на 1-3 порядка больше); они слишком тяжелы, чтобы броуновское движение поддерживало их во взвешенном состоянии, и поэтому со временем оседают из-за естественной разности в плотности частиц и несущей жидкости. Как следствие, у этих двух типов жидкостей разные области применения.

Нестабильность в нормально направленном поле

Под воздействием довольно сильного вертикально направленного магнитного поля поверхность жидкости с парамагнитными свойствами самопроизвольно формирует регулярную структуру из складок. Этот эффект известен как «нестабильность в нормально направленном поле ». Формирование складок увеличивает свободную энергию поверхности и гравитационную энергию жидкости, но уменьшает энергию магнитного поля. Такая конфигурация возникает только при превышении критического значения магнитного поля, когда уменьшение его энергии превосходит вклад от увеличения свободной энергии поверхности и гравитационной энергии жидкости. У ферромагнитных жидкостей очень высокая магнитная восприимчивость , и для критического магнитного поля, чтобы возникли складки на поверхности, может быть достаточно маленького стержневого магнита.

Типичные поверхностно-активные вещества для ферромагнитных жидкостей

Чтобы обволакивать частицы в ферромагнитной жидкости используются, в частности, следующие ПАВ :

  • полиакрилат натрия

ПАВ препятствуют слипанию частиц, мешая им образовать слишком тяжелые кластеры , которые не смогут удерживаться во взвешенном состоянии за счет броуновского движения. В идеальной ферромагнитной жидкости магнитные частицы не оседают даже в очень сильном магнитном или гравитационном поле. Молекулы ПАВ имеют полярную «головку» и неполярный «хвост» (или наоборот); один из концов адсорбируется к частице, а другой прикрепляется к молекулам жидкости-носителя, образуя, соответственно, обычную или обратную мицеллу вокруг частицы. В результате пространственные эффекты препятствуют слипанию частиц. Полиакриловая, лимонная кислоты и их соли формируют на поверхности частиц двойной электрический слой в результате адсорбции полианионов, что приводит к возникновению кулоновских сил отталкивания между частицами, повышающей стабильность жидкости на водной основе.

Хотя ПАВ полезны для того, чтобы продлить время осаждения частиц в ферромагнитной жидкости, они оказываются вредны для её магнитных свойств (в особенности, для магнитного насыщения жидкости). Добавление ПАВ (или других посторонних веществ) уменьшает плотность упаковки ферромагнитных частиц в активированном состоянии жидкости, тем самым уменьшая её вязкость в этом состоянии, давая более «мягкую» активированную жидкость. И хотя для некоторых применений вязкость ферромагнитной жидкости в активированном состоянии (так сказать, её «твердость») не очень важна, для большинства коммерческих и промышленных форм применения это самое главное свойство жидкости, поэтому необходим определённый компромисс между вязкостью в активированном состоянии и скоростью осаждения частиц. Исключение составляют ПАВ на основе полиэлектролитов , позволяющие получить высококонцентрированные жидкости с малой вязкостью.

Применение

Электронные устройства

Ферромагнитная жидкость используются в некоторых высокочастотных динамиках для отвода тепла от звуковой катушки. Одновременно она работает механическим демпфером , подавляя нежелательный резонанс . Ферромагнитная жидкость удерживается в зазоре вокруг звуковой катушки сильным магнитным полем, находясь одновременно в контакте с обеими магнитными поверхностями и с катушкой.

Машиностроение

Ферромагнитная жидкость способна снижать трение . Нанесенная на поверхность достаточно сильного магнита, например неодимового , она позволяет магниту скользить по гладкой поверхности с минимальным сопротивлением.

Оборонная промышленность

Авиакосмическая промышленность

Медицина

Ведется много экспериментов по использованию ферромагнитных жидкостей для удаления опухолей .

Теплопередача

Если воздействовать магнитным полем на ферромагнитную жидкость с разной восприимчивостью (например, из-за температурного градиента) возникает неоднородная магнитная объемная сила, что приводит к форме теплопередачи называемой термомагнитная конвекция. Такая форма теплопередачи может использоваться там, где не годится обычная конвекция , например, в микроустройствах или в условиях пониженной гравитации .

Уже упоминалось использование ферромагнитной жидкости для отвода тепла в динамиках. Жидкость занимает зазор вокруг звуковой катушки, удерживаясь магнитным полем. Поскольку ферромагнитные жидкости обладают парамагнитными свойствами, они подчиняются закону Кюри - Вейса , становясь менее магнитными при повышении температуры. Сильный магнит, расположенный рядом со звуковой катушкой, которая выделяет тепло, притягивает холодную жидкость сильнее, чем горячую, увлекая горячую жидкость от катушки к кулеру . Это эффективный метод охлаждения, который не требует дополнительных затрат энергии.

Генераторы

Замороженная или полимеризованная ферромагнитная жидкость, находящаяся в совокупности постоянного (подмагничивающего) и переменного магнитных полей, может служить источником упругих колебаний с частотой переменного поля, что может быть использовано для генерации ультразвука .

Горнорудная промышленность

Ферромагнитная жидкость может быть использована в составе магнитножидкостного сепаратора для очистки от

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.

Ферромагнитные жидкости — представляют собой коллоидные системы, состоящие из ферромагнитных или ферримагнитных частиц нанометровых размеров, находящихся во взвешенном состоянии в несущей жидкости, в качестве которой обычно высту­пает органический растворитель или вода. Для обеспечения устойчивости такой жидкости ферромагнитные частицы связываются с поверхностно-активным веществом (ПАВ), образующим защитную оболочку вокруг частиц и препятствующем их слипа­нию из-за Ван-дер-Ваальсовых или магнитных сил.

Ферромагнитные жидкости:

Магнитные жидкости это коллоидные растворы - вещества, обладающие свойствами более чем одного состояния материи. В данном случае два состояния это твердый металл и жидкость, в которой он содержится. Эта способность изме­нять состояние под воздействием магнитного поля позволяет использовать ферро­магнитные жидкости в качестве уплотнителей, смазки, а также может открыть другие применения в будущих наноэлектромеханических системах.

Первый способ получения магнитной жидкости:

Изготовить своими руками жидкость, реагирующую на магнитное поле, по силам практически каждому — без каких-либо реактивов и всего за несколько минут. Конечно, качество её существенно хуже, чем у полученной химическим пу­тём. В частности, консистенция продукта получается такой, что его скорее мож­но назвать не «жидкостью», а «жижей». Да и время осаждения магнитных частиц достаточно мало - обычно от нескольких секунд до нескольких минут. Зато ника­кой химии и экзотических технологий, лишь просеивание и смешивание. Для того, чтобы сделать «магнитную жижу», требуется всего лишь на­брать необходимое количество мелких стальных опилок. Чем мельче, тем лучше, поэтому наиболее подходящей является стальная пыль, остающаяся после работы «болгарки» или точила.

Пыль собирается магнитом (не слишком сильным - не столько для предотвращения большого остаточного намагничивания, сколько для того, чтобы железные опилки не так интенсивно стремились к нему и увлекали с собой поменьше немагнитной пыли).

Затем для отсева грязи и крупных фракций собранно её можно просеять через ткань на газете. Чем плотнее ткань, тем мельче будет просеянная пыль, но тем дольше придётся трясти мешо­чек.

Ещё раз подчеркну — стальные частички должны быть как можно мельче. Для по­лучения мелкой стальной пыли следует использовать мелкозернистый (доводочный) точильный круг. В качестве ориентира можно предложить следующее — при рассмотрении невооружённым глазом нельзя определить форму пылинок, на белой бу­маге они выглядят мельчайшими точками. Если форма опилок хорошо различима (при нормальном зрении обычно это соответствует размерам от 0.1-0.3 мм и больше), то такие опилки слишком крупны, они очень быстро осядут и будут практически неподвижными!


Рисунок №1 — Железные опилки и магнит

Отобранная стальная пыль заливается жидкостью, хорошо смачивающей металл. Это может быть обычная вода - желательно, насыщенная поверхностно-активными веществами, то есть мылом или другим моющим средством (пенообразование здесь вредно, поэтому оно должно быть как можно меньше!).

Но! Во избежание быстрой коррозии железных пылинок, способной просто-напросто «съесть» их за несколько дней, для стали лучше использовать жидкое машинное масло. Вполне подойдёт бы­товое — то, что используется для смазки швейных машинок.

Концентрация стальной пыли в жидкости должна быть, с одной стороны, не слишком высокой, чтобы жидкость не стала чересчур густой и вязкой, а с другой стороны, не слишком низкой, иначе перемещение магнитных частиц не сможет ув­лечь с собой сколько-нибудь заметный объём жидкости. Она подбирается опытным путём с помощью постепенного добавления опилок в жидкость, тщательного пере­мешивания и проверки магнитом. Лучше получить небольшой избыток базовой жид­кости, нежели её недостаток, так как в последнем случае подвижность получен­ной субстанции уменьшается очень заметно.

Конкретная величина кри­тической силы магнитного поля зависит как от магнитных свойств используемого металла, так и от силы смачивания металла базовой жидкостью или ПАВ, а также от температуры жидкости и размеров металлических частиц. При снятии магнитного поля подвижность жид­кости восстановится, если остаточная намагниченность будет не слишком боль­шой.

Второй способ как сделать магнитную жидкость:

Магнитную жидкость можно изготовить еще проще. Существуют диэлектрические магнитные тонеры (ДМ-тонеры) для лазерных принтеров. ДМ-Тонер представляет собой вещество, состоящее из смолы и намагниченной окиси железа. В этом слу­чае без ПАВ можно обойтись.

На 50 мл магнитного тонера нужно взять 2 столовых ложки очень чистого рас­тительного масла.

Тщательно перемешиваем тонер с маслом, вот и всё — магнитная жидкость готова.

P.S.: Я постарался наглядно показать и описать не хитрые советы. Надеюсь, что хоть что-то вам пригодятся. Но это далеко не всё что возможно выдумать, так что дерзайте, и штудируйте сайт

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.

Под термином «магнитная жидкость» обычно подразумевается жидкость, притягиваемая магнитом, то есть реагирующая на магнитное поле. Более того, в сильных магнитных полях эта жидкость может утратить текучесть, став подобной твёрдому телу. Многие слышали о таких веществах, но большинство считают такие вещества экзотическим и дорогим продуктом высоких технологий, доступным лишь избранным счастливчикам. Это справедливо, но лишь отчасти. Иногда вполне достаточно менее качественного, но зато более чем доступного продукта, сделанного за несколько минут буквально из мусора.

Магнитная жидкость своими руками

Изготовление магнитной жидкости химическим путём

Для этого необходимо иметь следующее оборудование и химическую посуду.

  1. Аптечные весы с набором разновесов.
  2. Две колбы (с круглым или плоским дном).
  3. Химический стакан.
  4. Фильтровальную бумагу и воронку.
  5. Достаточно сильный магнит, желательно кольцевой (из динамика).
  6. Небольшую (лабораторную) электроплитку.
  7. Фарфоровый стаканчик на 150–200 мл.
  8. Термометр с диапазоном измерения температуры до 100°С.
  9. Индикаторную бумагу.
  10. Для получения более качественной магнитной жидкости потребуется маленькая настольная центрифуга (на 4000 об/мин). Впрочем, при умеренных требованиях к конечному продукту можно обойтись и без центрифугирования или попытаться заменить центрифугирование длительным отстаиванием.

Кроме того, необходимы следующие реагенты.

  1. Соли двух- и трёхвалентного железа (хлорные FeCl 2 , FeCl 3 или сернокислые FeSO 4 , Fe 2 (SO 4) 3).
  2. Аммиачная вода 25%-ной концентрации (нашатырный спирт).
  3. Натриевая соль олеиновой кислоты (олеиновое мыло) в качестве ПАВ. Можно попытаться заменить олеиновую кислоту моющими средствами с низким пенообразованием.
  4. Дистиллированная вода. Вместо дистиллированной воды можно использовать воду, прошедшую очистку через систему обратного осмоса (в том числе бытовую, но при условии, что в этой системе нет «улучшающего» пост-картриджа, обогащающего уже очищенную воду солями и микроэлементами). Очищенная питьевая вода в бутылках из магазина не подойдёт - она обычно «улучшена» разными микродобавками; по тем же причинам не годится природная родниковая и артезианская вода.

Вот краткое изложение этой методики. Цифры приведены в расчёте на 10 граммов твёрдой магнитной фазы (магнетита) в магнитной жидкости.

1. Растворите в 500 мл дистиллированной воды (можно при слабом подогреве и несильном помешивании) 24 грамма трехвалентной соли железа (хлорного или сернокислого) и 12 граммов двухвалентной соли железа (хлористого или сернокислого).
2. Полученный раствор отфильтруйте на воронке в другую колбу через фильтровальную бумагу для отделения механических примесей.
3. В первую колбу, предварительно промыв её водой, залейте (осторожно!) около 100–150 мл аммиачной воды (работу лучше проводить под тягой или на открытом воздухе).
4. Очень осторожно, тонкой струёй вливайте из второй колбы отфильтрованный раствор в первую, содержащую аммиачную воду, и интенсивно взбалтывайте её.
Коричневато-оранжевый раствор мгновенно превратится в суспензию чёрного цвета. Долейте немного дистиллированной воды и поставьте колбу с образовавшейся смесью на постоянный магнит на полчаса.
5. После того, как образовавшиеся частицы магнетита в виде «дождя» под действием сил магнитного поля выпадут на дно колбы, осторожно слейте около двух третей раствора в канализацию, удерживая осадок магнитом, и снова залейте в колбу дистиллированную воду. Хорошенько её взболтайте и опять поставьте на магнит. Операцию повторяйте до тех пор, пока pH раствора не достигнет 7.5–8.5 (нежно-зелёная окраска индикаторной бумаги фирмы «Лахема» при смачивании её промывным раствором).
6. После того, как последний промывной раствор на две трети слит, загущённую суспензию отфильтруйте через бумажный фильтр на воронке и полученный осадок чёрного цвета смешайте с 7.5 грамма натриевой соли олеиновой кислоты.
7. Смесь поместите в фарфоровый стаканчик и, хорошо перемешивая, прогрейте до 80°С на электрической плитке в течение часа.
8. Полученную «патоку» чёрного цвета охладите до комнатной температуры. Долейте 50–60 мл дистиллированной воды и тщательно размешайте получившуюся коллоидную систему.
9. Разведённую водой «патоку» подвергните центрифугированию при 4000 об/мин в течение одного часа или ещё раз поставьте стаканчик с ней на кольцевой магнит. Можно попытаться заменить центрифугирование отстаиванием в прохладном месте в течение нескольких суток, однако в этом случае колба должна быть действительно неподвижна (скажем, проходящие неподалёку трамвайные пути делают длительное отстаивание бессмысленным, то же относится и к полам в обычных многоэтажных домах, не обладающим нужной жёсткостью и массивностью).
10. Перелейте полученную магнитную жидкость в химический стакан и поднесите снаружи магнит. Жидкость потянется за ним. После того, как Вы уберёте магнит, на стекле останется след от жидкости. Он должен иметь коричневато-оранжевую окраску и не содержать посторонних частиц.
11. Хранить водную магнитную жидкость желательно в светонепроницаемой таре в прохладном месте.

Прежде чем приступать к изготовлению, советую посмотреть страничку http://wsyachina.narod.ru/technology/magnetic_liquid.html , там описана эта же методика, а в конце автор странички делится своим опытом. В частности, в качестве ПАВ он использовал самую обычную «Fairy» (жидкость для мытья посуды). Главное - обратите особое внимание на рекомендации по безопасности и соблюдайте необходимую осторожность!

Изготовление магнитной жидкости механическим способом

Между тем, изготовить вполне приемлемую для некоторых применений жидкость, реагирующую на магнитное поле, по силам практически каждому - без каких-либо реактивов и всего за несколько минут. Ещё раз подчеркну - лишь для некоторых применений, и качество её существенно хуже, чем у полученной химическим путём. В частности, консистенция продукта получается такой, что его скорее можно назвать не «жидкостью», а «жижей». Да и время осаждения магнитных частиц достаточно мало - обычно от нескольких секунд до нескольких минут. Зато никакой химии и экзотических технологий - лишь просеивание и смешивание. Кстати, когда магнитными жидкостями впервые заинтересовались в середине XX века, то их самые первые образцы как раз и были получены примерно таким путём.

Для того, чтобы сделать такую «магнитную жижу», требуется всего лишь набрать необходимое количество мелких стальных опилок. Чем мельче, тем лучше, поэтому наиболее подходящей является стальная пыль, остающаяся после работы «болгарки» или точила. Пыль собирается магнитом (не слишком сильным - не столько для предотвращения большого остаточного намагничивания, сколько для того, чтобы железные опилки не так интенсивно стремились к нему и увлекали с собой поменьше немагнитной пыли). Затем для отсева грязи и крупных фракций собранное можно просеять через ткань (скажем, поместить в тканевый мешочек и протрясти его над расстеленной газетой; на газете чуть сбоку опять ставится магнит, на этот раз лучше магнит посильнее, который улавливает проскочившие через ткань стальные пылинки, а мелкая немагнитная грязь пролетает прямо вниз мимо магнита; крупные частицы грязи и большие стальные опилки не могут пройти через ткань и остаются внутри мешочка). Чем плотнее ткань, тем мельче будет просеянная пыль, но тем дольше придётся трясти мешочек. Для механизации процесса можно попытаться продуть пылинки через ткань мешочка выхлопом пылесоса, но это уже потребует подготовки приспособлений для направления, отклонения и гашения вышедшей из мешочка струи воздуха (скажем, из пустых пластиковых бутылок от питьевой воды, лучше с широким горлышком и объёмом 5-8 литров). Поэтому о «механизированном» варианте стоит думать лишь при достаточно больших объёмах изготавливаемого «продукта», измеряемых литрами, а для нескольких граммов магнитной жидкости, вполне достаточных для большинства экспериментов и многих практических применений, это вряд ли будет оправдано. Конечно, центрифугирование в жидкости обеспечит гораздо лучшую сепарацию частиц, но плотную ткань и пылесос можно найти практически в каждом доме, а вот центрифуги на несколько тысяч оборотов в минуту почему-то распространены не так широко. Если собранная пыль достаточно чистая и однородная, а требования к качеству «магнитной жижи» совсем невысокие, то просеивание вообще можно не делать.

Ещё раз подчеркну - стальные частички должны быть как можно мельче. Для получения мелкой стальной пыли следует использовать мелкозернистый (доводочный) точильный круг. В качестве ориентира можно предложить следующее - при тщательном рассмотрении невооружённым глазом нельзя определить форму пылинок, на белой бумаге они выглядят мельчайшими точками. Если можно определить форму и ориентацию опилок, то такие опилки слишком крупны, они очень быстро осядут и будут практически неподвижными! Зато такие крупные опилки удобно использовать в сухом виде для изучения силовых линий магнитного поля. Критерием следует считать размер, когда у опилок продолговатой формы различимы направления «вдоль» и «поперёк» - при нормальном зрении это обычно соответствует размерам по наибольшей стороне от 0.05–0.1 мм и более, т.е. такие опилки хотя бы по одному из габаритов крупнее 50 .. 100 микрометров.

Отобранная стальная пыль заливается жидкостью, хорошо смачивающей металл. Это может быть обычная вода - желательно, насыщенная поверхностно-активными веществами, то есть мылом или другим моющим средством (пенообразование здесь вредно, поэтому оно должно быть как можно меньше!). Но во избежание быстрой коррозии железных пылинок, способной просто-напросто «съесть» их за несколько дней, для стали лучше использовать жидкое машинное масло. Вполне подойдёт бытовое - то, что используется для смазки швейных машинок. Как вариант, можно использовать и тормозную жидкость, сохраняющую свои свойства в очень широком диапазоне температур. Однако следует помнить, что тормозная жидкость весьма гигроскопична (хотя здесь это не так важно), и в открытом сосуде из неё испаряются летучие фракции, отнюдь не полезные для здоровья, - поэтому работать с ней лучше в хорошо проветриваемом помещении или на открытом воздухе.

Концентрация стальной пыли в жидкости должна быть, с одной стороны, не слишком высокой, чтобы жидкость не стала чересчур густой и вязкой, а с другой стороны, не слишком низкой, иначе перемещение магнитных частиц не сможет увлечь с собой сколько-нибудь заметный объём жидкости. Она подбирается опытным путём с помощью постепенного добавления опилок в жидкость, тщательного перемешивания и проверки магнитом. Лучше оставить небольшой избыток базовой жидкости, нежели получить её недостаток, так как в последнем случае подвижность полученной субстанции уменьшается очень заметно.

Подвижность частиц такой магнитной жидкости определяется величиной силы смачивания металла жидкостью, «изолирующей» металлические частички друг от друга и обеспечивающей их относительно свободное перемещение. Ещё лучше смачивают поверхность пылинок ПАВ (поверхностно-активные вещества), именно поэтому они и используются в «профессиональных» составах. В сильных магнитных полях сила взаимного притяжения частиц может превысить силу смачивания, и тогда частички начнут непосредственно контактировать друг с другом, а жидкость «затвердеет», став в чём-то подобной мокрому песку. Конкретная величина критической силы магнитного поля зависит как от магнитных свойств используемого металла, так и от силы смачивания металла базовой жидкостью или ПАВ, а также от температуры жидкости и размеров металлических частиц (более крупные «слипаются» быстрее, поскольку обладают меньшей удельной поверхностью на единицу массы; кроме того, крупные опилки легко оседают на дно, в то время как особо мелкие пылинки могут поддерживаться во взвешенном состоянии броуновским движением молекул базовой жидкости). При снятии магнитного поля подвижность жидкости восстановится, если остаточная намагниченность будет не слишком большой.

Наконец, надо сказать, что магнитная жидкость из железной пыли получается не только весьма густой, но и обладает высокими абразивными свойствами, поэтому её проблематично прокачивать по каким-либо трубкам, зато она легко может вывести из строя подшипники и рабочие поверхности перекачивающих её насосов (оптимальным типом насоса является шестерёнчатый вытесняющий насос, аналогичный масляным насосам в автомобильных двигателях). Абразивное действие существенно снижается, если просвет между взаимно движущимися деталями превышает размер самых крупных частиц хотя бы в полтора-два раза. Весьма устойчивы к износу в данной ситуации пара материалов «твёрдый металл - прочный упругий пластик». Пластик должен быть именно упругим, как твёрдая резина или фторопласт, но не таким жёстким, как текстолит или эбонит (и конечно, быть химически устойчивым к воздействию базовой жидкости).

Впрочем, во многих случаях эти особенности «магнитной жижи» являются не принципиальными, а многие эффекты проявляются в ней также, как и в «настоящих» магнитных жидкостях. В частности, прижатый ко дну магнит после освобождения успешно всплывает к центру жидкости даже через много минут после завершения осаждения магнитных частиц (правда, в осевшей жидкости это всплытие может продлиться несколько минут, а то и часов). Если тот же магнит, наоборот, положить на поверхность, то он будет погружаться, снова стремясь к центру жидкости (точнее, к центру области, занятой металлическими частицами).

И последнее замечание. Лёгкое потряхивание или постукивание по стенке сосуда существенно увеличивает подвижность «жижи». Если же встряхивать руками не хочется, то подойдёт любой источник слабой вибрации - вплоть до звуковой колонки-сабвуфера, на которую надо подать мощный низкочастотный сигнал (правда, соседям по дому это может сильно не понравиться)! На таком импровизированном «вибростенде» даже отстоявшаяся и малоподвижная «жижа» проявляет неплохую текучесть. ♦

Похожие статьи