幾個世紀以來的發明家和今天的科學家已經找到了巧妙的方法，通過磁鐵 - 從羅盤上的磁針到磁數據存儲設備甚至MRI（磁共振成像）身體掃描機，讓我們的生活更美好。
所有這些技術都依賴於由固體材料製成的磁鐵。但是，如果你能用液體製造磁性設備怎麼辦？使用改良的3-D印表機，伯克利實驗室的一組科學家就是這樣做的。他們的研究結果將於7月19日發表在「 科學 」雜誌上，可能會產生一種革命性的可印刷液體裝置，用於各種應用，從提供靶向癌症治療的人造細胞到靈活的液體機器人，可以改變其形狀以適應周圍環境。
伯克利實驗室的訪問學者科學家，麻薩諸塞大學阿默斯特分校的高分子科學與工程教授湯姆羅素說：「我們製作了一種既有液體也有磁性的新材料。以前沒有人見過這種材料。」領導了這項研究。「這為磁性軟物質的新科學領域打開了大門。」
用液體製造磁鐵
在過去的七年裡，羅素在伯克利實驗室的材料科學部門領導了一個名為自適應界面組件的結構液體項目，他致力於開發一種新型材料-3-D可印刷的全液體結構。
有一天，羅素和當前研究的第一作者Xubo Liu提出了從鐵磁流體形成液體結構的想法，鐵氧化物顆粒的溶液變得強磁性，但只有在另一個磁體存在的情況下。「我們想知道，如果鐵磁流體可以暫時變成磁性，我們可以做些什麼才能使其永久磁性，並且表現得像一塊堅固的磁鐵，但看起來仍然像液體一樣？」 拉塞爾說。
為了找到答案，羅素和劉 - 伯克利實驗室材料科學部的研究生研究員和北京化工大學的博士生 - 採用了他們與伯克利實驗室的前博士後研究員喬福斯開發的3D列印技術。材料科學部門從含有直徑僅為20納米的氧化鐵納米顆粒（抗體蛋白的平均大小）的鐵磁流體溶液中印刷1毫米的液滴。
在分子鑄造廠使用表面化學和複雜的原子力顯微鏡技術，伯克利實驗室的共同作者Paul Ashby和Brett Helms透露，納米粒子通過一種稱為「界面幹擾的現象」在兩種液體之間的界面處形成了一個類似固體的殼。拉塞爾說：「這會導致納米顆粒聚集在液滴的表面，」就像在一個小房間裡人們聚集在一起的牆壁一樣。
為了使它們具有磁性，科學家們通過磁性線圈將液滴放入溶液中。正如預期的那樣，磁性線圈將氧化鐵納米粒子拉向它。
但當他們拆下磁線圈時，發生了一些意外的事情。
使用微流體裝置將含有氧化鐵納米顆粒分散體的三個鐵磁液滴的視頻成形為圓柱體，然後通過在界面處形成磁性納米顆粒表面活性劑而鎖定形狀。
將圓柱形液滴置於具有相同密度的油中，使它們浮起，然後置於帶有旋轉棒磁鐵的攪拌板上。一旦被磁化，它們就像漂浮的固體磁鐵，相互旋轉和跳舞。
向油中加入少量染料溶液（尼羅紅）以跟蹤旋轉的鐵磁液滴周圍的流場。
像同步遊泳運動員一樣，水滴完美地一致地相互吸引，形成優雅的漩渦。「就像小小的舞蹈水滴一樣，」劉說。
不知何故，這些水滴變得永久磁性。「我們幾乎無法相信，」拉塞爾說。「在我們研究之前，人們總是認為永磁體只能由固體製成。」
通過測量來衡量，它仍然是一塊磁鐵
所有磁鐵，無論大小，都有北極和南極。相反的兩極彼此吸引，而相同的兩極互相排斥。
通過磁力測量，科學家發現當他們通過液滴放置磁場時，所有納米粒子的南北極，從在液滴中漂浮的700億個氧化鐵納米顆粒到液滴表面上的10億個納米顆粒，一致回應，就像堅固的磁鐵一樣。
這一發現的關鍵是氧化鐵納米粒子在液滴表面緊密地結合在一起。在每個十億納米顆粒之間僅有8nm，它們一起在每個液滴周圍形成固體表面。不知何故，當表面上被卡住的納米粒子被磁化時，它們將這種磁性方向轉移到在核心周圍遊動的粒子，並且整個液滴變得永久磁性，就像固體一樣，Russell和Liu解釋說。
拉塞爾補充說，研究人員還發現，液滴的磁性能得以保留，即使它們將液滴分成更小，更薄的液滴，大約相當於人類頭髮的大小。
拉塞爾指出，在磁性液滴的眾多驚人品質中，更重要的是它們改變形狀以適應周圍環境，從球體變為圓柱體變為煎餅，或者像一縷頭髮一樣薄的管子，甚至是章魚的形狀 - 都不會失去它們的磁性。
還可以調節液滴以在磁模式和非磁模式之間切換。拉塞爾補充說，當他們的磁性模式打開時，他們的動作可以通過外部磁鐵的指示進行遠程控制。
Liu和Russell計劃繼續在伯克利實驗室和其他國家實驗室進行研究，以開發更複雜的3D列印磁性液體結構，例如液體印刷的人造細胞，或像微型螺旋槳一樣移動的微型機器人，用於非侵入性的目標向患病細胞提供藥物治療。
「開始時，一個好奇的觀察最終開闢了一個新的科學領域，」劉說。「這是所有年輕研究人員夢寐以求的東西，我很幸運有機會與伯克利實驗室世界級用戶設施支持的一大批科學家合作，使其成為現實，」劉說。