مقالات

دانشمندان قطرات مایع مغناطیسی را چاپ می کنند

مقالات علمی با ترجمه مستقیم سایت بزرگ دنیای خوب زندگی

میدان مغناطیسی

اعتبار: CC0 مالکیت عمومی

در طول قرن های گذشته، مخترعان و دانشمندان روش های نوآورانه ای را برای به دست آوردن زندگی ما با آهنرباها از سوزن مغناطیسی به قطب نما به دستگاه های ذخیره سازی مغناطیسی و حتی دستگاه های تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) کشف کرده اند.

تمام این تکنیک ها بر اساس یک آهنربا ساخته شده از مواد جامد است. اما اگر شما می توانید یک دستگاه مغناطیسی مایع ایجاد کنید؟ با استفاده از یک چاپگر 3D اصلاح شده، یک تیم از دانشمندان در آزمایشگاه برکلی. نتایج آنها، که در روز 19 ژوئیه در مجله منتشر خواهد شد پرچممی تواند منجر به یک دسته انقلابی از دستگاه های مایع قابل چاپ برای انواع برنامه های کاربردی از سلول های مصنوعی که ارائه درمان های هدفمند سرطان به روبات های مایع قابل انعطاف است که می توانند شکل خود را تغییر دهند تا با محیط خود سازگار شوند.

تام راسل، دانشمند دانشکده پذیرفته شده در آزمایشگاه برکلی و استاد علوم و مهندسی پلیمر در دانشگاه ماساچوست، گفت: "ما یک ماده مایع و مغناطیسی جدید ساخته ایم که هیچ کس آن را متوجه نشده است." این مطالعه را هدایت کرد. "این باعث می شود تا زمینه جدید علم در زمینه مواد مغناطیسی باز شود."

جلسات جم: ساخت آهنرباهای مایع

در طی هفت سال گذشته، راسل، که برنامه ای به نام Interface Adaptive for Fluid Structures در گروه علوم علمی آزمایشگاه برکلی نامیده است، بر توسعه کلاس جدیدی از مواد – سازه های سه بعدی کاملا چاپی تمرکز کرده است.

یک روز، راسل و اولین نویسندگان این مطالعه، Xubo لیو، به ایده ساخت ساختارهای مایع فلوراید آهن، راه حل های ذرات اکسید آهن تبدیل شد که مغناطیسی قوی، اما تنها در حضور یک آهنربا دیگر. "ما تعجب کردیم که آیا ferrovelloid می تواند به طور موقت مغناطیسی باشد، بنابراین آنچه ما می توانیم انجام دهیم تا همیشه آن را مغناطیسی کنیم، مانند مغناطیسی جامد عمل می کنیم، اما هنوز هم به نظر می رسد مایع است؟" راسل گفت.

برای پیدا کردن، راسل و لئو، یکی از اعضای پسا دانشکده در گروه علوم مواد معدنی در آزمایشگاه برکلی و دکترای دانشگاه دانشگاه پکن از تکنولوژی چاپ، از یک تکنیک سه بعدی چاپی استفاده کرد که توسط جو فورث در آزمایشگاه برکلی، پژوهشگر پیش دانشگاهی پیش دانشگاهی انجام شده است. یک میلی متر محلول فلوراید حاوی نانوذرات آهن با قطر تنها 20 نانومتر (اندازه متوسط ​​پروتئین آنتی بادی) است.

راسل گفت، با استفاده از تکنیک های شیمی در سطح و تکنیک های میکروسکوپی برای نیروی اتمی در ریخته گری مولکولی، پل اشبی و بریت هلمز از آزمایشگاه برکلی، کشف کردند که نانو ذرات یک پوسته فولادی را در سطح مایع ایجاد می کنند که از طریق یک پدیده ای به نام دخالت درونی، در سطح قطره، "مانند دیوارهای ترکیب شده در یک اتاق کوچک پراکنده با مردم است.

دانشمندان به منظور ساخت آن مغناطیسی، قطعه را با یک فایل مغناطیسی در یک محلول قرار دادند. همانطور که انتظار می رود، سیم پیچ مغناطیسی ذرات اکسید آهن را به آن می کشد.

اما هنگامی که فایل مغناطیسی را برداشتند، اتفاق غیر منتظره رخ داد.




یک ویدئو از سه قطره مایع مایع حاوی اکسید مولکولی اکسید آهن در قالب سیلندر با استفاده از یک دستگاه میکرو فلوئیدیک، و سپس با تشکیل ذرات میکرومغناطیسی در رابط، قفل شده است.

قطرات سیلندر در روغن چگالی همانند قرار می گیرند، به طوری که آنها شکوفا می شوند، سپس بر روی صفحه تکان دهنده با آهنربا میله چرخش قرار می گیرند. هنگامی که مغناطیسی می شوند، آنها مانند یک آهنربای فولادی شناور می مانند، چرخاندن و رقصیدن با یکدیگر.

قطره کوچکی از محلول رنگی (نیل سرخ) به روغن اضافه شد تا سطح جریان را در اطراف قطرات مغناطیسی چرخان مشاهده کند.

این ویدیو از بالای صفحه ثبت می شود و در زمان واقعی پخش می شود. حجم مایع قطره مایع 2 میلی لیتر است و طول سیلندر مایع مغناطیسی 2 میلیمتر است. اعتبار: Xubo لیو و تام راسل / آزمایشگاه برکلی

همانند شناگران همزمان، قطره ها به صورت یکنواخت به یکدیگر حرکت می کنند و یک مارپیچی ظریف ایجاد می کنند. لیو گفت: "مانند قطره های کوچک رقص."

به هر حال، این قطرات به طور دائم مغناطیسی تبدیل شده اند. راسل گفت: "ما نمیتوانستیم این را باور کنیم." "قبل از مطالعه ما، مردم همیشه تصور می کردند که آهنرباهای دائمی تنها می توانند از مواد جامد ساخته شوند."

اندازه گیری به صورت مشابه، هنوز هم آهنربایی است

تمام آهنرباهای بزرگ و کوچک، دارای قطب شمال و قطب جنوب هستند. قطبهای مخالف به یکدیگر متصل می شوند، در حالی که قطب های مشابه با یکدیگر روبرو هستند.

از طریق اندازه گیری های مغناطیسی، دانشمندان دریافتند زمانی که یک قطعه مغناطیسی را با یک قطره قرار می دهند، تمام قطب های نانو ذرات در شمال و جنوب، از 70 میلیارد نانوذرات اکسید آهن که در قطره به یک میلیارد نانو ذرات بر روی سطح قطره، در هماهنگی کامل، درست مثل آهنربای جامد

کلید این نتیجه این بود که ذرات نانولوله با یکدیگر به شدت در سطح قطرات با یکدیگر همپوشانی دارند. با تنها 8 نانومتر بین هر میلیارد نانوذرات، آنها با هم یک سطح جامد در اطراف هر قطره مایع ایجاد کردند. به طریقی، زمانی که نانوذرات روی سطح مغناطیسی می شوند، این جهت مغناطیسی را به ذراتی که در قلب آنها شنا می کنند انتقال می دهد و قطرات آن به طور دائمی مغناطیسی هستند، همانند ذرات جامد، راسل و لئو توضیح دادند.

محققان همچنین دریافتند که خواص مغناطیسی قطره حفظ شده است، حتی اگر آنها قطره را به قطرات کوچکتر و نازک تر از موی انسان تقسیم کنند.

راسل اشاره کرد که در میان بسیاری از ویژگی های شگفت انگیز از افتادن مغناطیسی، آنچه بیشتر برجسته است این است که آنها تغییر شکل به سازگاری با محیط اطراف خود، و تبدیل از توپ به سیلندر به پای، یا لوله نازک مانند یک رشته مو و یا حتی هشت پا – همه بدون از دست دادن خواص مغناطیسی آن.

قطرات نیز می توانند برای تغییر بین حالت مغناطیسی و غیر مغناطیسی تنظیم شوند. راسل گفت: "هنگامی که حالت مغناطیسی خود را روشن می کنید، حرکات آنها می تواند از راه دور به وسیله یک آهنربای خارجی کنترل شود.

لئو و Rosell برنامه ای برای ادامه تحقیقات در آزمایشگاه برکلی و دیگر آزمایشگاه های ملی برای ساخت پیچیده تر ساختارهای مایع مغناطیسی سه بعدی مانند سلول های مصنوعی چاپ شده مایع و یا ربات های مینیاتوری که به عنوان یک فن کوچک به یک هدف غیرقابل استفاده حرکت می کنند، اما تحویل دارو به سلول های بیمار منتقل می شود.

لیو گفت: "آنچه که به عنوان یک نظرسنجی عجیب آغاز شد، باز کردن زمینه جدیدی از علم بود." لیو گفت: "این چیزی است که همه محققان جوان رویای آن را می فهمند، و من خوش شانس بودم چون فرصتی برای کار با گروه بزرگی از دانشمندان با حمایت از امکانات جهانی آزمایشگاه برکلی داشتم تا واقعیت را به وجود آورد."


دانشمندان نانو ذرات را در یک قطره مایع به حالت جامد فشار می دهند و دوباره می آیند


اطلاعات بیشتر:
X. لیو L، "قطره مایع قابل استفاده مجدد" پرچم (2019). science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126 / science.aaw8719

ارسال شده توسط
آزمایشگاه ملی لارنس برکلی




استناد:
قوانین جدید جاذبه: دانشمندان چاپ قطرات مایع مغناطیسی (2019، 18 ژوئیه)
دریافت شده در تاریخ 18 جولای 2019
از https://phys.org/news/2019-07-laws-scientists-magnetic-liquid-droplets.html

این سند حق کپی رایت است بجز هر معامله عادلانه برای مطالعه یا تحقیق خصوصی، هیچ
قسمت ممکن است بدون اجازه کتبی تولید شود. محتوا فقط برای مقاصد اطلاعاتی ارائه می شود

نوشته های مشابه

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

بستن