觀看液基磁性液滴旋轉和變形

經典的紅白色馬蹄形磁鐵可能對威利·E·狼有效，但它有點不靈活。現在，勞倫斯伯克利國家實驗室 (LBNL) 的研究人員創造了一種更具延展性的工具：一種由奈米粒子製成的微型液基磁鐵。

這種柔性磁鐵可以在剛性磁鐵無法到達的地方發揮作用，包括軟機器人或柔性電子裝置。研究人員表示，雖然它們尚未準備好用於實際應用，但液基磁鐵揭示了納米粒子行為的新方面，這可能會為新型磁性材料鋪平道路。

為了製造液基磁鐵，馬薩諸塞大學阿默斯特分校的聚合物科學家、LBNL 的訪問研究員托馬斯·P·羅素領導的研究人員從一臺改進的 3D 印表機開始。首先，他們打印出充滿磁性奈米粒子的毫米級液滴。這種液體粒子混合物是超順磁性的——它會被強烈的磁場吸引，但一旦磁場消失，磁性也會消失。簡單來說，它具有磁性，但不是磁鐵——這是可以磁化的流體（稱為鐵磁流體）的典型特徵。

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接下來，這項新工作的主要作者、羅素在 LBNL 的團隊的研究人員劉旭博在這些液滴中添加了一種表面活性劑。表面活性劑是一種充當油和水之間介面的化學物質。在這種情況下，它將奈米粒子吸引到每個液滴的表面，使它們在液體周圍形成緊密堆積的殼。就像其他鐵磁流體一樣，封裝的液滴被外部磁場吸引。但是，緊密堆積的殼帶來了一個意想不到的新特性：當劉移走磁場時，液滴保持了它們的磁性。這個過程製造出了柔性的、毫米寬的永磁體，很像經典的條形或馬蹄形磁鐵。

“我們簡直不敢相信，”羅素說。“人們總是認為永磁體只能用固體制造。”這項發現上週發表在《科學》雜誌上。

與傳統的固體磁體不同，這些液滴可以改變形狀。例如，在下面的影片中，一個球形液滴被吸入一個狹窄的管子，將其變形為圓柱體。儘管被擠壓和拉伸，液滴仍然具有磁性。

液滴也可以重置：當研究人員提高它們漂浮的液體中的 pH 值時，奈米粒子殼會鬆動，液滴會變成圓形並失去磁性。但如果 pH 值降低，它們將重新獲得磁性，因為這種變化會將奈米粒子重新擠壓到每個液滴周圍的殼中。

在下面的影片片段中，研究人員證明，使這些液滴永久具有磁性的是奈米粒子的緊密堆積的殼，而不是其他現象。米色液滴具有致密的磁性奈米粒子殼。綠色液滴具有鬆散堆積的殼。紅色斑點具有堆積的殼，但它由非磁性粒子組成。米色液滴對旋轉磁場反應強烈——就像永磁體應該的那樣——而紅色和綠色液滴則沒有。

佛羅里達大學的化學工程教授卡洛斯·里納爾迪說：“我以前沒有見過這樣的東西。”他也研究磁性奈米粒子，但沒有參與這項研究。“有一個關於軟磁性物質的整個領域，但我從未見過用液滴完成的。我認為他們做得非常漂亮。”