Sıvı mıknatıs doğdu! Yeni alanlar açın ve kalıcı mıknatısların yalnızca katı malzemeden yapılabileceği sınırlamasını kaldırın
Sıvı mıknatıs doğdu! Yeni alanlar açın ve kalıcı mıknatısların yalnızca katılardan yapılabileceği sınırlamasını kaldırın! Yüzyıllar önce mucitler ve bugün bilim adamları, pusulalar üzerindeki manyetik iğnelerden manyetik veri depolama cihazlarına ve hatta MRI vücut tarama makinelerine kadar hayatımızı daha iyi hale getirmenin akıllıca yollarını buldular. Tüm bu teknolojiler katı malzemelerden yapılmış mıknatıslara dayanır, ancak ya sıvıdan bir manyetik cihaz yapılabiliyorsa? Berkeley Lab'daki bir bilim insanı ekibi, modifiye edilmiş bir 3D yazıcı kullanarak tam da bunu yaptı.
Araştırma bulguları 19 Temmuz'da "Science" da yayınlanacak ve bu devrim niteliğindeki basılabilir bir sıvı cihaza yol açabilir. Hedeflenen kanser tedavileri sağlayan yapay hücrelerden, çevrelerine uyum sağlamak için şekil değiştirebilen esnek sıvı robotlara kadar çeşitli uygulamalarda kullanılabilir. Berkeley Lab'da misafir profesör ve Massachusetts Amherst Üniversitesi'nde polimer bilimi ve mühendisliği profesörü olan Tom Russell şunları söyledi: Hem sıvı hem de manyetik olan yeni bir malzeme yarattık.Bu manyetik yumuşak madde bilimidir. Çin'de yeni bir sınır kapıyı açtı.
Sıvıdan mıknatıs yapın
Russell, geçtiğimiz yedi yıl içinde yeni bir malzeme türü-3 boyutlu baskı tamamen sıvı yapı geliştirmeye kararlıydı. Bir gün, mevcut çalışmanın ilk yazarı olan Russell ve Liu Xubo, bir ferrofluidden bir sıvı yapı oluşturma fikrini ortaya attı. Ferrofluid, güçlü manyetizmaya sahip demir oksit partiküllerinin bir çözeltisidir, ancak yalnızca başka bir mıknatıs varlığında oluşturulabilir. Russell şöyle dedi: Ferrofluidin geçici olarak manyetik olup olmadığını, nasıl kalıcı olarak manyetik olabileceğini ve katı bir mıknatıs gibi davranabileceğini, ancak yine de bir sıvı gibi görünüp hissedilebileceğini bilmek istiyoruz.
Bunu öğrenmek için, Russell ve Liu Xubo (Berkeley Lab's Malzeme Bilimi Bölümü'nde yüksek lisans araştırmacısı ve aynı zamanda Pekin Kimya Endüstrisi Üniversitesi'nde bir doktora öğrencisi), Berkeley Lab'ın Malzeme Bilimi Bölümü'nde eski bir doktora sonrası araştırmacı olan Joe Foss ile ortak bir geliştirme kullandı. 3 boyutlu baskı teknolojisi, yalnızca 20 nanometre çapında (ortalama antikor protein boyutu) demir oksit nanopartiküller içeren demir sıvısı çözeltisine 1 mm damlacıklar basmıştır. Berkeley Laboratuvarı'ndan Paul Ashby ve Brett Helms, moleküler dökümhanenin yüzey kimyasını ve sofistike atomik kuvvet mikroskopisini kullandı.
Nanopartikülün iki sıvının arayüzünde "arayüz paraziti" adı verilen bir fenomenle katı benzeri bir kabuk oluşturduğu ortaya çıktı. Bilim adamları, damlacıkları manyetik hale getirmek için, çözeltiye damlacıkları yerleştirmek için manyetik bobinler kullanırlar. Beklendiği gibi, manyetik bobin demir oksit nanopartiküllerini kendisine doğru çekiyor. Ancak bobini çıkardıklarında beklenmedik bir şey oldu. Senkronize yüzücüler gibi, su damlacıkları da mükemmel kıvamda birbirlerini çekerek dans eden damlacıklar gibi zarif bir girdap oluşturur. Her nasılsa, bu damlacıklar kalıcı olarak manyetik hale geldi ve araştırmacılar buna inanamadılar.Bu çalışmadan önce insanlar her zaman kalıcı mıknatısların yalnızca katılardan yapılabileceğini düşünmüşlerdi.
Ölçüm sayesinde hala bir mıknatıs
Büyük ya da küçük tüm mıknatısların kuzey ve güney kutupları vardır, zıt kutuplar birbirini çekerken, aynı kutuplar birbirini iter. Manyetik ölçüm yoluyla bilim adamları, bir damlacık üzerine bir manyetik alan yerleştirildiğinde, tüm nanopartiküllerin kuzey ve güney kutuplarının damlacık etrafında yüzen 70 milyar demir oksit nanopartikülünden damlacık yüzeyinde 1 milyar nanopartiküle kadar değiştiğini buldular. Yanıt, katı bir mıknatıs gibi tutarlıdır. Bu keşfin anahtarı, demir oksit nanopartiküllerinin damlacık yüzeyinde birbirine sıkıca sarılmış olmasıdır. Bu milyar nanoparçacıklar arasında, her biri arasında yalnızca 8 nanometre vardır ve birlikte, her damlacığın etrafında katı bir yüzey oluştururlar. Yüzeyleri sıkışmış nanopartiküller mıknatıslandığında, bu manyetik yönü çekirdekte yüzen parçacıklara aktarırlar.
Tüm su damlacığı tıpkı bir katı gibi kalıcı olarak manyetik hale gelir. Araştırmacılar ayrıca, damlacıklar daha küçük, daha ince, tüy boyutunda damlacıklara bölünse bile, damlacıkların manyetik özelliklerinin korunduğunu buldular. Bu manyetik damlacıkların birçok şaşırtıcı özelliği arasında, daha çarpıcı olanı, çevredeki ortama uyum sağlamak için şekil değiştirmeleri, bir küreden bir silindire, bir gözleme veya bir saç kadar ince bir tüpe, hatta Bir ahtapot şeklinde - hepsi manyetizmalarını kaybetmeyecek. Ayrıca damlacıklar, ayar yapılarak manyetik mod ve manyetik olmayan mod arasında değiştirilebilir.Manyetik modları açıldığında, hareketleri harici bir mıknatısla uzaktan kontrol edilebilir.
Araştırmacılar, hastalıklı hücreler için mikro pervane gibi hareket eden sıvı baskılı yapay hücreler veya mikro robotlar gibi daha karmaşık 3B baskılı manyetik sıvı yapılar geliştirmek için Berkeley Laboratuvarlarında ve diğer ulusal laboratuvarlarda araştırmalarına devam etmeyi planlıyor. Non-invaziv ancak hedefe yönelik ilaç tedavisi sağlayın. İlk başta garip bir gözlemdi, ancak yeni bir bilim alanı açtığı ortaya çıktı. Pekin Kimya Endüstrisi Üniversitesi'nde doktora öğrencisi Liu Xubo şunları söyledi: Bu, tüm genç araştırmacıların hayalidir.Berkeley Lab'ın birinci sınıf kullanıcı tesisleri tarafından desteklenen bir grup büyük bilim insanıyla bunu gerçeğe dönüştürmek için işbirliği yapma fırsatına sahip olduğum için şanslıyım.
