能在去除磁場後仍保持磁性的磁流體(圖:Xubo Liu et al./Berkeley Lab)

說到磁鐵時,絕大多數人想到的都是固體。但日前,一組研究團隊在進行 3D 列印研究時,意外製造出能保持磁性的磁流體。雖具有磁性的流體——鐵磁流體(ferrofluids)早已被發現,但鐵磁流體僅能在磁場存在的情況下保持磁性。研究團隊製造出的磁流體,除了能藉由磁場改變型態和移動外,在移除後仍能保有磁性。其研究結果已發表於《科學》期刊(Science)。

液態磁鐵

勞倫斯伯克利國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory)的一組研究團隊在研究 3D 列印液體時,意外製造出磁流體。當時研究目標是製造出具有液體性質的固體,在能源上有相當廣泛的應用範圍。但在過程中,此論文的作者,劉旭波博士(Xubo Liu)發現由鐵氧化物粒子製成的 3D 列印原料,除了粒子外,整個原料本身皆具有磁性時,團隊決定更進一步對此進行研究。

研究團隊將水、油和鐵氧化物粒子製成毫米級的液滴,此液滴能藉由鐵氧化粒子與界面活性劑(surfactants)部分鍵結而保持形狀。接著研究團隊將此液滴放置在具有磁場的環境下激發磁性。令人意外的是,在將磁場移除後,這些液滴仍然保持磁性,與一般的鐵磁流體截然不同。

研究團隊認為,此特性是來自液滴表面的鐵氧化粒子在磁場下對齊產生磁性後,由於其與界面活性劑的鍵結,粒子們無法恢復原本的狀態,而產生了保持磁性的性質。不過在表面內部,沒有與界面活性劑鍵結的鐵氧化粒子也保持在對齊的狀態,目前研究團隊仍不清楚這些粒子如何保持此狀態。

未來發展

雖仍需要更進一步的研究才能更了解內部的機制,研究人員托馬斯·羅素教授(Thomas Russell)已想到這種特殊液滴的可能應用。他表示,若能以此液體製成兩端具有磁性,而中間不具磁性的圓柱體,將能在激發磁性後形成毫米級的馬蹄形磁鐵。此外,羅素教授也想到更奇特的應用方式,若能將此液體製成小人形狀的樣子,並將其部分磁化,也許就能夠使用磁場來控制其移動四肢,如同木偶一般。

參考資料:

  1. Saplakoglu, Y. (2019, July 24). In a Lab Accident, Scientists Create the First-Ever Permanently Magnetic Liquid. LiveScience
  2. Liu, X., Kent, N., Ceballos, A., Streubel, R., Jiang, Y., Chai, Y., . . . Russell, T. P. (2019). Reconfigurable ferromagnetic liquid droplets. Science,365(6450), 264-267. doi:10.1126/science.aaw8719
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