Ученые нескольких американских и китайских университетов создали с использованием наночастиц магнитные капли диаметром 1 миллиметр, которые сохраняют свои магнитные свойства за пределами внешнего электромагнитного поля.

В первом приближении магниты бывают двух типов. Это либо ферромагнетики — наиболее распространенные в быту магниты, — либо парамагнетики, которые приобретают магнитные свойства в присутствии внешнего магнитного поля, но теряют это свойство, как только это поле пропадает. Как правило, ферромагнетики — это твердые вещества, поскольку для взаимодействия атомов, необходимого для магнетизма, дистанция между ними должна быть достаточно мала, что характерно для вещества в твердой фазе.

Для того чтобы создать свой жидкий магнит, ученым потребовались раствор ферромагнитных наночастиц с диаметром 22 нанометра (Fe3O4-CO2H) и масляно-полимерная смесь POSS-NH2. POSS-NH2, будучи поверхностно-активным веществом, электростатически взаимодействовал с наночастицами на границе раздела фаз. В результате наночастицы сближались на расстояние менее 5 нанометров друг от друга и образовали твердую оболочку на границе между двумя жидкостями. Это явление ученые назвали «межфазным заклиниванием».

Чтобы намагнитить получившиеся капли в «наноскорлупе», ученые поместили их на магнитную катушку. После снятия магнитной катушки обрамленные наночастицами капли начали притягиваться, удерживая определенное расстояние друг от друга. Если взвесь помещали в более сильное магнитное поле, то капли перенамагничивались, подстраиваясь под новое поле.

Для получения капель с «заклиниванием» доля наночастиц должна была варьироваться от 7% до 20%. Чрезмерное увеличение концентрации наночастиц во взвеси увеличивало покрытие поверхности всей взвеси поверхностно-активными веществами, и «заклинивания» не происходило, равно как и при их слишком малом объеме в капле.

Отличительной особенностью полученного учеными магнита является способность менять форму и на какое-то время ее сохранять. Когда магнитную каплю диаметром 1,4 мм поместили в стеклянный капилляр диаметром 1 мм, а затем встряхнули, она превратилась в цилиндр с соотношением сторон 3:1, а площадь ее поверхности увеличилась в 2,5 раза, что позволило «заклиниться» еще большему числу наночастиц. Намагниченность этот цилиндр сохранил, хоть его вращение при тестах было медленнее капли, ввиду увеличения вязкого сопротивления на концах цилиндра.

Ученые предвидят самое разнообразное применение своему изобретению: от робототехники до систем целевой доставки лекарств.