كيمياء النانوالكيمياءالكيمياء الفيزيائيه

المغناطيس السائل “Ferrofluid”

المغناطيس السائل هو عبارة عن مادة متحركة بين الصلب والسائل، وتتميز بخصائص مغناطيسية فريدة

المغناطيس السائل “Ferrofluid”

 

المغناطيس السائل هو سائل به جزيئات مغناطيسية صغيرة تطفو فيه. يمكن أن يكون السائل ماء أو زيت أو أي شيء آخر. تحتاج الجسيمات إلى احتواء الحديد أو عنصر آخر – مثل الكوبالت أو النيكل – يعمل كمغناطيس. في الواقع ، كلمة “ferro” هي كلمة لاتينية تعني الحديد (والتي لها الرمز الكيميائي “Fe“). اخترع المهندس ستيف بابيل أول مائع ممغنط في الستينيات.

عندما يتم وضع السائل الممغنط بالقرب من المغناطيس ، يجذب المغناطيس الجزيئات المحتوية على الحديد. هذا يجعل السائل كله ممغنطًا. وهذا يجعل السوائل الممغنطة مفيدة في العديد من الصناعات.

يُعرف الفيروفلويد باسم “السائل المغناطيسي” الذي يحتوي على جزيئات أكسيد الحديد المعلقة في سائل زيتي.

يأتي على شكل زيت زلق للغاية. يحتوي الموائع الحديدية على بعض الخصائص الفريدة مثل العمل كسائل عند عدم وجود مغناطيس بينما يصبح صلبًا في وجود مجال مغناطيسي.

اعتمادًا على قوة المجال المغناطيسي والمسافة بينه وبين السائل الممغنط ، ستظهر أنماط مختلفة من المسامير وتبدأ في التحرك وتغيير الشكل والحجم.

لماذا يظهر علي شكل مسامير أو نتوءات عند تقريب مغناطيس منه؟

سبب الارتفاعات داخل السائل الممغنط هو تفاعل معقد لقوى مختلفة. للتأكد من أن جزيئات الحديد تطفو في السائل ولا تستقر في القاع ، فهي مغطاة بفاعلية سطحي. كما أنه يحمل الجزيئات والزيت معًا.

الموائع الحديدية مادة أكثر لزوجة من السوائل الأخرى ، عندما يكون المغناطيس قريبًا من السوائل الممغنطة ، فإن لزوجته تمنع جزيئات الحديد من الانفصال عن السائل. بمعنى أن جزيئات الحديد تنجذب بواسطة المغناطيس ولكن يتم سحبها للخلف بواسطة الفاعل بالسطح.

لذلك ، نظرًا لانجذاب جزيئات الحديد بشكل متكرر بواسطة المغناطيس ، تتشكل المسامير.

وتوضيح لما سبق :

السائل الممغنط المعروف باسم “فيروفلويد” (Ferrofluid) هو سائل يحتوي على جسيمات مغناطيسية صغيرة مثل الحديد أو الماغنيسيوم. عند تعرض هذا السائل لمجال مغناطيسي قوي، تتأثر جسيماته بالجاذبية المغناطيسية للمغناطيس وتتجمع حوله.

تظهر المسامير أو النتوءات عند تقريب المغناطيس من الفيروفلويد بسبب تأثير التوتر السطحي والتفاعلات الكيميائية المعقدة بين جسيمات الفيروفلويد والمغناطيس. هذه الجسيمات تتجمع في مناطق تركيز المجال المغناطيسي الأقوى، وتكوّن تجمعات تشبه النتوءات أو المسامير.

ويعود ذلك إلى تأثير قوى الجاذبية المغناطيسية وتفاعلات الجسيمات مع سطح الفيروفلويد نفسه. تعتمد شكل وحجم المسامير أو النتوءات على عوامل مثل قوة المغناطيس المستخدمة وتركيز الجسيمات المغناطيسية في السائل.

عند تغيير موقع المغناطيس أو تغير شدة المجال المغناطيسي، يتحرك الفيروفلويد بالتالي وتتغير تجمعات الجسيمات، مما يؤدي إلى تغير في شكل المسامير أو النتوءات.

هذا يخلق تأثيرًا بصريًا مذهلاً حيث يبدو وكأن السائل يتجاوب مع المجال المغناطيسي بتشكيل أشكال وتجاويف متحركة.

تركيبه:  

السوائل المغناطيسية هي معلقات للجسيمات الدقيقة لمادة مغناطيسية في سائل ناقل.

تتكون السوائل الممغنطة من ثلاثة عناصر أساسية ، والتي تشمل مركبًا مغناطيسيًا حديديًا في نطاق النانومتر  ،مادة خافضة للتوتر السطحي تغلف المركب المغناطيسي لمنع التكتل ، والسائل الحامل الذي يعمل جنبًا إلى جنب مع الفاعل بالسطح لتعليق المركب المغناطيسي.

طريقة بسيطة لصنع مغناطيس سائل :

باستخدام الحبر المغناطيسي وأي زيت موجودفي منزلك ، اصنع مادة سائلة  ، لكنها تتحول إلى الحالة الصلبة في وجود مجال مغناطيسي.

الأدوات المطلوبة لذلك:
  • قفازات واقية
  • قناع للفم
  • دورق زجاجي
  • خرطوشة حبر (قديمة) من طابعة أو آلة تصوير
  • زيت (مثل زيت نباتي مثل زيت الزيتون)
  • تحريك قضيب
  • وعاء صغير وقطعة ورق
  • مغناطيس قوي (نيوديميوم)
الطريقة:

1-ضع بعض مسحوق الحبر من الخرطوشة بعناية في الدورق الزجاجي. ستحتاج فقط إلى حوالي 50 مل.

احتياطات أمان: الحبر لا يخلو من الخطر – طالما أنك لا تشربه أو تتنفسه ، ستكون آمنًا تمامًا (و لكن نوصيك لارتداء القفازات الواقية وقناع الفم).

2-أضف ملعقتين كبيرتين من الزيت.

3-استخدم قضيب التحريك لخلطه حتى يتشتت كل مسحوق الحبر.

4-ضع القليل من الخليط في وعاء صغير.

5-اجعل المغناطيس قريبًا من قاع الحاوية.

الملاحظة:

السائل يصبح شائك!شاهد كيف يتحول السائل من سائل إلى صلب وأنت تقرب المغناطيس.

ملاحظة هامة جدا:

عندما لا تكون النتيجة مرضية، ربما تكون مشكلة مسحوق الحبر. تحتوي بعض العلامات التجارية على جزيئات مغناطيسية أكثر أو أقل. و بعض العلامات التجارية لا تحتوي على جزيئات مغناطيسية على الإطلاق – لذا يجب عليك البحث عن خرطوشة جديدة.

لاحظ أيضا:

تركيب المغناطيس السائل يمكن أن تختلف قليلاً حسب التطبيق والاستخدام المرجو. يمكن إضافة مواد إضافية مثل مستحلبات أو مواد تثبيت لتعديل الخصائص الفيزيائية للمغناطيس السائل وتحسين أدائه في التطبيقات المختلفة.

مهمة جداً أن يتم تصنيع المغناطيس السائل في ظروف مختبرية أو صناعية محكومة وباستخدام معدات وإجراءات ملائمة للحفاظ على الجودة والأمان.

أهم أستخداماته:

المغناطيس السائل (Ferrofluid) له العديد من الاستخدامات الهامة في مجالات مختلفة. إليك بعض الاستخدامات المهمة للمغناطيس السائل:

  1. تبريد المحركات الكهربائية: يستخدم المغناطيس السائل في تطبيقات تبريد المحركات الكهربائية حيث يمكن أن يساعد في تبديد الحرارة الزائدة وتحسين أداء المحركات.

  2. الروبوتات الصغيرة: يستخدم المغناطيس السائل في تصميم الروبوتات الصغيرة والمايكروروبوتات، حيث يمكن استخدامه كسائل قابل للتحكم لتغيير الخصائص الحركية والتفاعلية للروبوتات.

  3. أنظمة التحكم والمشغلات المغناطيسية: يمكن استخدام المغناطيس السائل في أنظمة التحكم والمشغلات المغناطيسية لتحقيق تحكم دقيق وتغيير سريع في التدفق والحركة.

  4. تقنية الصوت والسماعات: يمكن استخدام المغناطيس السائل في صناعة السماعات وأجهزة الصوت الأخرى. فعند تعرض المغناطيس السائل لمجال مغناطيسي، يتجاوب بتغير شكله وتحركه بمرونة، مما يسمح بتوليد صوت عالي الجودة وتحسين استجابة الترددات.

  5. التطبيقات الفنية والترفيهية: يتم استخدام المغناطيس السائل في التطبيقات الفنية والترفيهية مثل العروض الضوئية والعروض الفنية التفاعلية وألعاب الحواسيب. يتم استخدام المغناطيس السائل لإنشاء تأثيرات بصرية جذابة وحركات تفاعلية مدهشة.

  6. العلوم والبحوث: يستخدم المغناطيس السائل في العديد من التطبيقات العلمية والبحثية، مثل التحليلات الكيميائية، وتطبيقات التركيز الجزيئي، وتقنيات السيطرة الدقيقة على السوائل في المختبرات.

  7. تقنية التشحيم والختم: يستخدم المغناطيس السائل في تطبيقات التشحيم والختم في الصناعات التي تتطلب تقنيات دقيقة. يمكن استخدامه لتشحيم المحامل والمفاصل وتوفير ختم محكم للأجزاء المتحركة.

و في الختام،  يُعد المغناطيس السائل (Ferrofluid) مادة فريدة ومثيرة للاهتمام تتميز بتفاعلها المذهل مع المجالات  المغناطيسية.حيث  يتكون المغناطيس السائل من جسيمات مغناطيسية صغيرة معلقة في سائل قائم على الزيت.

يتم استخدامه في العديد من التطبيقات الهامة والمتنوعة في مجالات مثل التكنولوجيا، الصناعة، الطب الحيوي، والفن.

و تُعد قدرته على الاستجابة للمجالات المغناطيسية وتغيير شكله وسلوكه بمرونة ميزة مهمة تمنحه إمكانات واستخدامات متعددة.لذا  يستخدم المغناطيس السائل في صناعة السماعات، التقنيات البصرية، تطبيقات الروبوتات، تقنية التشحيم، التصوير الطبي، وغيرها من التطبيقات الهامة.

و مع استمرار التطور التكنولوجي والبحث العلمي، يمكن توقع زيادة المزيد من استخدامات المغناطيس السائل في المستقبل. فقد يكون له دور مهم في تحسين التقنيات الحالية وتطوير تطبيقات جديدة تعود بالفائدة على العديد من الصناعات والمجالات.

  

 

المراجع:
1- موقع  www.pubs.acs.org أطلعت عليه بتاريخ 17/5/2023.
2- موقع www.blog.fluance.com أطلعت عليه بتاريخ 17/5/2023.
3- موقع  www.first4magnets.com أطلعت عليه بتاريخ 17/5/2023.
4- موقع www.snexplores.org أطلعت عليه بتاريخ 17/5/2023.
5- موقع  www.instructables.com  أطلعت عليه بتاريخ 18/5/2023.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى