Магнитная жидкость помогла сделать поверхность для управления каплями

Управляемое движение немагнитных частиц с использованием текстурированной поверхности, покрытой магнитной жидкостью
W. Wang et al./ Nature, 2018
Физики разработали многофункциональную поверхность для управления коллоидными объектами с помощью магнитного поля. Эта поверхность представляет собой массив микрометровых бороздок заполненных магнитной жидкостью. За счет действия магнитных и капиллярных сил при включении неоднородного магнитного поля меняется состояние жидкости, что позволяет управлять трением и адгезионными свойствами поверхности. Использовать эти структуры можно для управления движением частиц и капель, смешивания их между собой, а также перекачки жидкостей или очистки поверхностей от загрязнений, пишут ученые в Nature.
Ферромагнитная (или просто магнитная) жидкость представляет собой концентрированную суспензию магнитных наночастиц. Во внешнем магнитном поле капля такой суспензии сильно поляризуется, и из-за высокой магнитной восприимчивости на ее поверхности возникает упорядоченная система складок или иголок, которые выстраиваются вдоль линий напряженности магнитного поля и придают капле форму ежа.
Группа физиков из США, Германии, Финляндии и Норвегии под руководством Джоанны Айзенберг (Joanna Aizenberg) из Гарвардского университета предложила использовать возможность смены состояния поверхности магнитной жидкости с помощью внешнего поля для создания многофункциональных поверхностей с изменяемым трением для управления движением коллоидных частиц. Для создания такого материала ученые нанесли магнитную жидкость (состоящую из частиц магнетита Fe3O4 в силиконовом масле) на текстурированную поверхность, разделенную на ячейки с помощью массива вертикальных стенок высотой в несколько десятков микрометров. Объем наносимой магнитной жидкости рассчитывался таким образом, что при отсутствии внешнего поля она полностью заполняла ячейки и на текстурой еще оставался небольшой ровный слой.
Таким образом на поверхности формируется рельеф с ярко выраженными миллиметровыми возвышениями и ямками, самые крупные из которых возникают в центре капли, а часть текстурированной поверхности, пропитанной жидкостью, оказывается открытой. Точный размер и форма особенностей рельефа на поверхности жидкости при этом зависят от ее собственных свойств (состава и концентрации магнитных частиц или вязкости и поверхностного натяжения жидкой среды), а также от свойств текстуры на поверхности — размеры и направления вертикальных стенок — и распределения и силы неоднородного магнитного поля.
Ученые отмечают, что каждый из предложенных примеров использования в дальнейшем может быть развит до полноценной технологии. Более того, у предложенного подхода много и других областей применения — от микрофлюидики до температурного контроля и очистки поверхностей от загрязнений.
Магнитные жидкости нередко предлагают использовать в качестве различных функциональных элементов различных механических и электрических устройств. Например, недавно американские физики разработали новый тип ионных двигателей для космических аппаратов, в которых рабочим телом выступает ионная магнитная жидкость. Благодаря этому удалось значительно сократить размеры двигателей.
Александр Дубов