Юный техник, 2014 № 11

СВОИМИ РУКАМИ Поговорим о феррофлюиде

Вообще-то, строго говоря, ферромагнитные жидкости (от латинского ferrum — железо) — это коллоидные системы, которые состоят из мельчайших ферромагнитных частиц наноразмеров. Частицы эти находятся во взвешенном состоянии в жидкости, которой может быть обычная вода или органическая субстанция, например, масло.

Чтобы создать устойчивость подобной жидкости, необходимо связать ферромагнитные частицы с неким ПАВ (поверхностно-активным веществом). Оно создает так называемую защитную оболочку вокруг частиц, что не дает им слипаться. Впрочем, несмотря на свое название, ферромагнитные жидкости вообще-то не имеют собственной намагниченности. Такие жидкости, по сути, представляют из себя парамагнетики, их также зачастую называют суперпарамагнетиками, потому что они обладают крайне высокой магнетической восприимчивостью. А вот создать действительно ферромагнитные жидкости пока не очень получается.

Итак, ферромагнитные жидкости состоят из частиц материала, содержащего железо, взвешенных в жидкости. Они достаточно мелки, чтобы тепловое движение распределило их равномерно по всему объему и они могли перемещаться в нем под действием внешнего магнитного поля.

Иногда еще говорят о магнитореологических жидкостях. Этот термин относится к жидкостям, которые, подобно ферромагнитным, затвердевают в магнитном поле. Разница между ферромагнитной и магнитореологической жидкостями лишь в размере частиц. Частицы в ферромагнитной жидкости имеют нанометровые размеры и не оседают в нормальных условиях. Частицы в магнитореологической жидкости в основном микрометровые; они слишком тяжелы, чтобы броуновское движение поддерживало их во взвешенном состоянии, и потому со временем оседают. Как следствие, у этих двух типов жидкостей разные области применения.

В технике ферромагнитные жидкости используют, например, для создания жидких уплотнительных устройств вокруг вращающихся осей. Ось окружена магнитом, в зазор помещено небольшое количество ферромагнитной жидкости, которая удерживается магнитным притяжением. Жидкость образует барьер, препятствующий попаданию частиц извне, а главное, снижает трение скольжения. А нанесенная на поверхность достаточно сильного магнита, она позволяет магниту скользить по гладкой поверхности с минимальным сопротивлением.

Автомобильные фирмы, как сказано, используют магнитореологические жидкости в некоторых моделях машин для регулирования подвески. Под воздействием электромагнита, контролируемого компьютером, подвеска может мгновенно стать жестче или мягче прямо во время движения.

Военно-воздушные силы США внедрили радиопоглощающую краску на основе ферромагнитной жидкости. Снижая отражение электромагнитных волн, она помогает сделать самолет малозаметным.

Ферромагнитные жидкости пытаются также использовать в бронежилетах и для создания так называемой «мягкой брони». Однако эти эксперименты пока не вышли за пределы лабораторий. Одна из причин тому — неспособность сохранять получившуюся форму после исчезновения магнитного поля, поскольку они не обладают собственной намагниченностью. Можно ли сделать ферромагнитную жидкость самим? Можно.

Самый простой рецепт выглядит так. Возьмите масло (подойдет машинное или подсолнечное), а также тонер для лазерного принтера или ксерокса. Смешайте оба ингредиента до консистенции сметаны. Чтобы эффект был максимальным, погрейте получившуюся смесь на водяной бане в течение приблизительно получаса, не забывая при этом ее помешивать. Должны предупредить: тонер имеет свойство разлетаться от малейшего сотрясения или дуновения и пачкает все вокруг. Так что будьте осторожны и аккуратны.

Можно изготовить магнитную жидкость и из мельчайших железных опилок. Чем они мельче, тем лучше. Наиболее подходящей является железная пыль, остающаяся после работы «болгарки» или точила. Для получения ультрамелкой пыли используйте мелкозернистый точильный круг.

Сначала пыль собирают магнитом. Затем, чтобы убрать грязь и крупные фракции, ее нужно просеять через ткань. Скажем, поместить в марлевый мешочек и потрясти его над расстеленной газетой. Рядом с газетой пусть будет постоянный магнит, к которому должны прилипать проскочившие через ткань стальные пылинки. Мелкий немагнитный мусор пролетит мимо магнита. Крупные же частицы останутся внутри мешочка.

Качественной считается такая металлическая пыль, когда даже при тщательном рассмотрении невооруженным глазом нельзя определить форму пылинок; на белой бумаге они выглядят мельчайшими точками.

Отобранную железную пыль залейте жидкостью, хорошо смачивающей металл. Это может быть вода с поверхностно-активным веществом, то есть мылом или стиральным порошком для машин-автоматов, поскольку пены должно быть как можно меньше.

Концентрация железной пыли в смеси должна быть не слишком высокой, чтобы она не была чересчур густой или слишком жидкой.

В сильных магнитных полях сила взаимного притяжения частиц может превысить силу смачивания, и тогда частички начнут непосредственно контактировать друг с другом и жидкость «затвердеет» подобно мокрому песку. При снятии магнитного поля подвижность жидкости восстановится, если остаточная намагниченность будет не слишком большой.

Легкое потряхивание или постукивание по стенке сосуда существенно увеличивает подвижность частиц.

Что делать с реологической жидкостью дальше? Налейте ее в глубокое блюдце и положите под него небольшой магнит. Жидкость в блюдце «оживет» и примет вид перетекающей игольчатой фигуры. Так получают ферромагнитные скульптуры. Некоторые из них воспроизведены на иллюстрациях.

Поскольку такие скульптуры весьма недолговечны, зафиксируйте их при помощи фотоаппарата и пришлите в редакцию. Лучшие мы опубликуем.

Публикацию подготовил И. ЗВЕРЕВ