Как сделать магнитную пыль. Магнитная жидкость своими руками

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!

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.

Вы когда-нибудь видели магнитную жидкость? Она похожа на жидкий металл и расшиперивается иголками, если к ней поднести магнит. Здесь вы найдёте инструкцию о том, как в домашних условиях сделать ферромагнитную жидкость своими руками.

Теория такова: современные лазерные принтеры содержат минерал магнетит (Fe3O4). Он нужен для того, чтобы частички краски прилипали к бумаге. Этот минерал реагирует на магнитные поля и таким образом хорошо подойдёт для нашего эксперимента.

Шаг 1: Материалы

Защитные перчатки
Защитная маска
Стеклянный мерный стакан
Картридж (старый) от принтера или копира
Палочка для размешивания
Небольшой контейнер и лист бумаги
Сильный неодимовый магнит

Шаг 2: Соберите тонер

Аккуратно высыпьте тонер из картриджа в стеклянный стакан. Нужно около 50 мл.
Проведите магнитом по НАРУЖНЕЙ ЧАСТИ СТАКАНА, чтобы удостовериться, что тонер имеет магнитные свойства

Будьте аккуратны: тонер относительно безопасен, пока вы не вдыхаете и не пьёте его, но он очень легко распыляется и создаёт много грязи, поэтому оденьте защитные перчатки и маску.

Шаг 3: Добавьте масла

Добавьте две столовые ложки масла.

Шаг 4: размешайте

Размешивайте пока жидкость не станет полностью однородной.

Шаг 5: Реакция на магнит

Вылейте немного жидкости в небольшой контейнер.
Подставьте магнит под нижнюю часть контейнера
Жидкость начнёт расшипериваться!

Если результат не похож на то, что вы видите на фотографии, то, скорее всего проблемы с тонером. Некоторые марки содержат больше или меньше магнитных составляющих. Также можете попробовать добавить еще немного масла, или наоборот, убрать его. Некоторые марки совсем не содержат феррофлюид — тогда вам нужно будет найти другой картридж.

Шаг 6: Магические чернила

Теперь вылейте немного магнитной жидкости на бумагу
Двигайте магнитом под бумагой
У вас появляются «магнитные рисунки»!

Если вы испачкали всё вокруг тонером — используйте пылесос для уборки или смойте холодной водой. Не используйте горячую воду и не натирайте места, испачканные тонером — так вы можете втереть его в поверхность навсегда.

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.

«Профессиональные» магнитные жидкости

«Профессиональная» магнитная жидкость обычно представляет собой коллоидный раствор мельчайших частиц магнитного материала, то есть устойчивую и неосаждающуюся с течением времени взвесь твёрдых частиц в жидкости. Чаще всего в качестве магнитного материала используется магнетит (Fe 3 O 4), а размер его частиц как правило составляет от 2 до 30 нанометров (впрочем, встречаются упоминания и о более крупных частицах - вплоть до 10 микрометров). Для предотвращения слипания и осаждения магнитных частиц используются различные типы поверхностно-активных веществ (ПАВ), в зависимости от вида базовой жидкости, образующей основу коллоидного раствора. В свою очередь, выбор базовой жидкости обусловлен предполагаемым назначением готового продукта и желаемым набором его свойств (вязкость, плотность, термостойкость, теплопроводность и т.д.). Помимо воды, наиболее популярными базовыми жидкостями для технических применений являются керосин и жидкие технические масла, для медико-биологических - различные типы органических жидкостей.

Из-за частиц магнетита магнитные жидкости обычно представляют собой непрозрачные густые субстанции чёрного цвета. Для снижения вязкости можно уменьшить концентрацию магнетита, однако при этом, естественно, снижаются и магнитные свойства жидкости. Использование вместо магнетита других магнитных наполнителей может придать жидкости окраску, отличную от чёрной (обычно разные оттенки жёлто-коричневой гаммы), но кристальной прозрачностью ни одна из таких жидкостей похвастаться не может.

Трудоёмкость получения «настоящих» магнитных жидкостей впечатляет - например, для механического измельчения частиц до нужного размера экспериментаторам требовалось 1000 часов работы шаровой мельницы (1.5 месяца без перерыва!). Другие методы тоже достаточно экзотичны, скажем, измельчение частиц электроконденсационным методом основано на создании вольтовой дуги в жидкости между погружёнными в неё электродами, промежуток между которыми заполнен измельчаемым материалом. Есть и чисто химические методы, однако и там не обходится без многократного центрифугирования продуктов реакции. Зато и результат того стоит: полученные таким образом жидкости могут сохранять свои свойства в течение многих лет.

Наиболее простой химический метод описан здесь: http://nauka.relis.ru/34/0211/34211036.htm. А подробное рассмотрение проблемы со строгих научных позиций можно найти на этом сайте: http://magneticliquid.narod.ru/autority/008.htm.

Магнитная жидкость своими руками

Изготовление магнитной жидкости химическим путём

Для этого необходимо иметь следующее оборудование и химическую посуду.

Аптечные весы с набором разновесов.
Две колбы (с круглым или плоским дном).
Химический стакан.
Фильтровальную бумагу и воронку.
Достаточно сильный магнит, желательно кольцевой (из динамика).
Небольшую (лабораторную) электроплитку.
Фарфоровый стаканчик на 150–200 мл.
Термометр с диапазоном измерения температуры до 100°С.
Индикаторную бумагу.
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.

Соли двух- и трёхвалентного железа (хлорные FeCl 2 , FeCl 3 или сернокислые FeSO 4 , Fe 2 (SO 4) 3).
Аммиачная вода 25%-ной концентрации (нашатырный спирт).
Натриевая соль олеиновой кислоты (олеиновое мыло) в качестве ПАВ. Можно попытаться заменить олеиновую кислоту моющими средствами с низким пенообразованием.
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.

Коричневато-оранжевый раствор мгновенно превратится в суспензию чёрного цвета. Долейте немного дистиллированной воды и поставьте колбу с образовавшейся смесью на постоянный магнит на полчаса.

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. ♦

Феррожидкость — что это и как сделать ферромагнитную жидкость самому

Как сделать и где применяется ферромагнитная жидкость?

Невероятная штука, вот это физика наглядная, нужно такие опыты в школе показывать ученикам, приобщая их к науке через наглядные эксперименты, тем более, что сделать такую жидкость можно в домашних условиях!

Это точно, нам бы такого учителя-химика — ни одного урока бы не прогуливал! Да я бы на факультатив и продленку записался бы, лишь бы подобные эксперименты и опыты проводить!

Выглядит очень красиво, в средневековой Европе за такое явно бы сожгли на костре, как еретика и колдуна!

Ферромагнитная жидкость — жидкость, сильно поляризующаяся в присутствии магнитного поля.

Эксперименты с ферромагнитной жидкостью

Ферромагнитные жидкости используются при изготовлении жестких дисков. Она наносится на вращающиеся оси дисков, тем самым препятствуя попаданию мусора извне.

Также ФЖ используется в динамиках высоких частот, для отвода тепла от звуковой катушки и для подавления резонанса.

ФЖ нашла применение в авиакосмической и оборонной промышленности, в медицине, оптике, электронике и машиностроении и многом другом.

Как сделать ферромагнитную жидкость в домашних условиях

масло (подсолнечное, машинное или любое другое);
тонер для лазерного принтера (в составе должен присутствовать девелопер).

Ингредиенты необходимо смешать, получив жидкость по густоте напоминающую сметану.

почему бы не заюзать порошок металла сразу?

Не прокатит. Что бы достичь эффекта «колючек», нужно что бы тело находилось в жидком состоянии.

Неба, пробовалось с мелким порошком или предполагаешь?

в тонере много смолы, которую придется как-то отделить… в общем, тонер не катит!

не катит. только ванную всю измазал.

Класс! Можно придумать чтобы жидкость плескалась под музыку!

магнит надо присоединить к колонке на расстоянии 10-20 см и включить её громко

охренеть наконец то получилось! тема прикольная!

я сделал это это класс)))))

у меня тонер вообще не реагирует на магниты, в чём дело?

Видимо у вас однокомпонентный тонер (в нем одна пластмасса). Необходимо приобрести тонер в составе которого присутствует девелопер (металлический порошок)

надо бы попробывать