北京化工大學Science:液態磁鐵新發現,未來空間大無窮!

2021-02-15 納米人

第一作者：劉緒博

通訊作者：Thomas Russell

通訊單位：北京化工大學、麻薩諸塞大學安姆斯特分校

 

磁性材料的廣泛使用大大提升了人類的生活水平，小到家用電器如冰箱，大到航天設備如磁導航儀，固態磁性材料的身影無處不在。而一般液態磁性材料，如傳統鐵磁流體，雖具有靈活形態但本身不存在磁極，只有在外加磁場作用下被持續磁化才能表現出特定磁性。

 

有鑑於此，北京化工大學軟物質高精尖中心博士生劉緒博（第一作者）、麻薩諸塞大學安姆斯特分校的Thomas Russell教授（通訊作者）等人報導了一種新型磁性液體，這種可重構的鐵磁性液滴也被稱為液態磁鐵。

 

 

通過控制磁性納米粒子在水油界面的自組裝，研究人員成功引導鐵磁流體從順磁性轉變成鐵磁性。該研究中發現的鐵磁性液滴（FLD）既擁有類似固態磁鐵的磁性，又具備液體的可流動性，二者結合形成一種全新的磁性軟物質材料。通俗來講，磁鐵不再一定是堅硬的固體，也可以是流動的液體。

 

這裡，將水基磁流體材料與有機相混合，分散於水相中的羧基化四氧化三鐵磁性納米粒子（Fe3O4-COOH NPs）與溶解於相鄰油相中的氨基化籠形倍半矽氧烷（POSS-NH2）在水油界面相互作用，原位自組裝形成磁性納米粒子表面活性劑，吸附到界面處並實現阻塞相變，形成磁流體液滴。

 

(A) 示意圖表示水相中的磁性納米粒子與油相中的配體在水油界面自組裝形成緻密的二維納米薄膜及鐵磁液滴；磁滯回線表明鐵磁流體在組裝前後發生的順磁-鐵磁轉變；

(B) 水油界面發生阻塞相變的磁性納米粒子的透射電子顯微鏡照片；

(C)懸浮在油相中的鐵磁液滴在外部磁場作用下旋轉，紅色染料記錄了液滴周圍液體的湍流軌跡。

室溫下測量該液滴磁滯回線發現，不同於傳統順磁性磁流體，這種液滴表現出一定強度的剩磁和矯頑力，轉變為鐵磁性。結合最新的全液相3D列印和微流控成型技術，研究人員可在全液態條件下，製造任意形貌的磁性液態器件。此外，已成型的液體還可以通過改變液體內酸鹼環境進行重構，實現可逆磁化或消磁。

 

這種新型鐵磁液滴具有諸多奇特性質，未來有望用於磁控液態機器人、可編程液態微反應器等領域，並推動新型液態磁材料表徵技術如極化中子磁場成像等向前發展。

 

來源：北京化工大學，納米人略有修改。

參考文獻：

Xubo Liu, Thomas P. Russell et al. Reconfigurableferromagnetic liquid droplets. Science 2019, 365, 264-267.

https://science.sciencemag.org/content/365/6450/264

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