ساخت مایعی با خاصیت مغناطیسی

مجله علمی ایلیاد - گروهی بین‌المللی از محققین به رهبری آزمایشگاه «مکلی لورنس» در برکلی با استفاده از یک پرینتر سه‌بعدی بهینه‌سازی شده، ماده‌ی جدیدی ساخته‌اند که هم مایع است و هم خاصیت مغناطیسی دارد. نتایج این یافته‌ها در مجله‌ی Science به چاپ رسیده است و می‌تواند کلاسی انقلابی از دستگاه‌های پرینت مایع را به جهان معرفی کند که کاربردهای مختلفی دارند؛ از سلول‌های مصنوعی برای هدف قرار دادن هوشمند مکان‌های سرطانی گرفته تا ربات‌های انعطاف‌پذیر مایع که می‌توانند شکل خود را برای سازگاری با محیط تغییر دهند.

پروفسور «تام راسل» از دانشگاه ماساچوست، می‌گوید: «ما ماده‌ی جدیدی ساخته‌ایم که هم مایع است و هم خاصیت مغناطیسی دارد. این کار درها را به روی ناحیه‌ی جدیدی از علم مواد نرم مغناطیسی باز می‌کند.» پروفسور راسل و همکارانش کلاس جدیدی از مواد مایع با قابلیت پرینت سه‌بعدی را معرفی کرده‌اند. اخیراً آن‌ها ایده‌ی شکل‌دهی ساختارهای مایع از روی سیالات مغناطیسی را مطرح کرده‌ بودند؛ محلول‌هایی که شامل ذرات اکسید آهن هستند و خاصیت مغناطیسی بالایی دارند، ولی باید حتماً در حضور یک ماده‌ی مغناطیسی دیگر قرار بگیرند. پروفسور راسل می‌گوید: «ما حیرت‌زده بودیم؛ اگر سیال آهنی می‌تواند به صورت موقت حالت مغناطیسی پیدا کند، چرا آن‌را به صورت دائم مغناطیسی نکنیم که رفتار آن مشابه آهن‌رباهای جامد باشد؛ ولی همچنان حالت مایع خود را داشته باشد؟»

برای رسیدن به این خواسته، گروه محققین از روش پرینت سه‌بعدی برای پرینت کردن قطرات ۱ میلی‌متری از یک سیال آهنی حاوی نانوذرات اکیسد آهن استفاده کردند. محققین با استفاده از روش‌های شیمی سطح و میکروسکوپی نیروهای پیچیده‌ی اتمی، نشان دادند که نانوذرات موجود در محلول، یک پوسته‌ی جامدشکل در مرز بین دو مایع ایجاد می‌کند. پروفسور راسل می‌گوید: «این پدیده باعث می‌شود که نانوذرات در سطح قطره تجمع کنند؛ مثل اینکه دیواره‌های اتاقی که مملو از انسان است به یکدیگر نزدیک شوند.»

دانشمندان برای اینکه محلول را مغناطیسی کنند یک کویل مغناطیسی درون آن قرار دارند. همان طور که انتظار می‌رود کویل مغناطیسی نانوذرات اکسید آهن را به سمت خود می‌کشد. ولی وقتی که آن‌ها کویل را خارج کردند، چیز غیرمنتظره‌ای رخ داد. قطرات مایع به صورت دائم حالت مغناطیسی پیدا کردند. پروفسور راسل می‌گوید: «ما واقعاً نمی‌توانستیم باور کنیم. مردم فکر می‌کنند که آهن‌ربای دائمی فقط با جامدات امکان‌پذیر است.»

دانشمندان دریافتند که اگر قطرات را ریزتر کنند نیز حالت مغناطیسی آن‌ها حفظ می‌شود. همچنین آن‌ها مشاهده کردند که این قطرات را می‌توانند بدون از دست دادن خواص مغناطیسی به هر شکلی در بیاورند. همچنین می‌توان آن‌ها را بین حالت مغناطیسی و غیرمغناطیسی تغییر وضعیت داد.