Делаем магнитную жидкость. Как создать магнитную жидкость из масла и железного порошка Ферромагнитный порошок своими руками

Под термином «магнитная жидкость» обычно подразумевается жидкость, притягиваемая магнитом, то есть реагирующая на магнитное поле. Более того, в сильных магнитных полях эта жидкость может утратить текучесть, став подобной твёрдому телу. Многие слышали о таких веществах, но большинство считают такие вещества экзотическим и дорогим продуктом высоких технологий, доступным лишь избранным счастливчикам. Это справедливо, но лишь отчасти. Иногда вполне достаточно менее качественного, но зато более чем доступного продукта, сделанного за несколько минут буквально из мусора.

Магнитная жидкость своими руками

Изготовление магнитной жидкости химическим путём

Для этого необходимо иметь следующее оборудование и химическую посуду.

1. Аптечные весы с набором разновесов.
2. Две колбы (с круглым или плоским дном).
3. Химический стакан.
4. Фильтровальную бумагу и воронку.
5. Достаточно сильный магнит, желательно кольцевой (из динамика).
6. Небольшую (лабораторную) электроплитку.
7. Фарфоровый стаканчик на 150–200 мл.
8. Термометр с диапазоном измерения температуры до 100°С.
9. Индикаторную бумагу.
10. Для получения более качественной магнитной жидкости потребуется маленькая настольная центрифуга (на 4000 об/мин). Впрочем, при умеренных требованиях к конечному продукту можно обойтись и без центрифугирования или попытаться заменить центрифугирование длительным отстаиванием.

Кроме того, необходимы следующие реагенты.

1. Соли двух- и трёхвалентного железа (хлорные FeCl 2 , FeCl 3 или сернокислые FeSO 4 , Fe 2 (SO 4) 3).
2. Аммиачная вода 25%-ной концентрации (нашатырный спирт).
3. Натриевая соль олеиновой кислоты (олеиновое мыло) в качестве ПАВ. Можно попытаться заменить олеиновую кислоту моющими средствами с низким пенообразованием.
4. Дистиллированная вода. Вместо дистиллированной воды можно использовать воду, прошедшую очистку через систему обратного осмоса (в том числе бытовую, но при условии, что в этой системе нет «улучшающего» пост-картриджа, обогащающего уже очищенную воду солями и микроэлементами). Очищенная питьевая вода в бутылках из магазина не подойдёт - она обычно «улучшена» разными микродобавками; по тем же причинам не годится природная родниковая и артезианская вода.

Вот краткое изложение этой методики. Цифры приведены в расчёте на 10 граммов твёрдой магнитной фазы (магнетита) в магнитной жидкости.

1.	Растворите в 500 мл дистиллированной воды (можно при слабом подогреве и несильном помешивании) 24 грамма трехвалентной соли железа (хлорного или сернокислого) и 12 граммов двухвалентной соли железа (хлористого или сернокислого).
2.	Полученный раствор отфильтруйте на воронке в другую колбу через фильтровальную бумагу для отделения механических примесей.
3.	В первую колбу, предварительно промыв её водой, залейте (осторожно!) около 100–150 мл аммиачной воды (работу лучше проводить под тягой или на открытом воздухе).
4.	Очень осторожно, тонкой струёй вливайте из второй колбы отфильтрованный раствор в первую, содержащую аммиачную воду, и интенсивно взбалтывайте её. Коричневато-оранжевый раствор мгновенно превратится в суспензию чёрного цвета. Долейте немного дистиллированной воды и поставьте колбу с образовавшейся смесью на постоянный магнит на полчаса.
5.	После того, как образовавшиеся частицы магнетита в виде «дождя» под действием сил магнитного поля выпадут на дно колбы, осторожно слейте около двух третей раствора в канализацию, удерживая осадок магнитом, и снова залейте в колбу дистиллированную воду. Хорошенько её взболтайте и опять поставьте на магнит. Операцию повторяйте до тех пор, пока pH раствора не достигнет 7.5–8.5 (нежно-зелёная окраска индикаторной бумаги фирмы «Лахема» при смачивании её промывным раствором).
6.	После того, как последний промывной раствор на две трети слит, загущённую суспензию отфильтруйте через бумажный фильтр на воронке и полученный осадок чёрного цвета смешайте с 7.5 грамма натриевой соли олеиновой кислоты.
7.	Смесь поместите в фарфоровый стаканчик и, хорошо перемешивая, прогрейте до 80°С на электрической плитке в течение часа.
8.	Полученную «патоку» чёрного цвета охладите до комнатной температуры. Долейте 50–60 мл дистиллированной воды и тщательно размешайте получившуюся коллоидную систему.
9.	Разведённую водой «патоку» подвергните центрифугированию при 4000 об/мин в течение одного часа или ещё раз поставьте стаканчик с ней на кольцевой магнит. Можно попытаться заменить центрифугирование отстаиванием в прохладном месте в течение нескольких суток, однако в этом случае колба должна быть действительно неподвижна (скажем, проходящие неподалёку трамвайные пути делают длительное отстаивание бессмысленным, то же относится и к полам в обычных многоэтажных домах, не обладающим нужной жёсткостью и массивностью).
10.	Перелейте полученную магнитную жидкость в химический стакан и поднесите снаружи магнит. Жидкость потянется за ним. После того, как Вы уберёте магнит, на стекле останется след от жидкости. Он должен иметь коричневато-оранжевую окраску и не содержать посторонних частиц.
11.	Хранить водную магнитную жидкость желательно в светонепроницаемой таре в прохладном месте.

Прежде чем приступать к изготовлению, советую посмотреть страничку http://wsyachina.narod.ru/technology/magnetic_liquid.html , там описана эта же методика, а в конце автор странички делится своим опытом. В частности, в качестве ПАВ он использовал самую обычную «Fairy» (жидкость для мытья посуды). Главное - обратите особое внимание на рекомендации по безопасности и соблюдайте необходимую осторожность!

Изготовление магнитной жидкости механическим способом

Между тем, изготовить вполне приемлемую для некоторых применений жидкость, реагирующую на магнитное поле, по силам практически каждому - без каких-либо реактивов и всего за несколько минут. Ещё раз подчеркну - лишь для некоторых применений, и качество её существенно хуже, чем у полученной химическим путём. В частности, консистенция продукта получается такой, что его скорее можно назвать не «жидкостью», а «жижей». Да и время осаждения магнитных частиц достаточно мало - обычно от нескольких секунд до нескольких минут. Зато никакой химии и экзотических технологий - лишь просеивание и смешивание. Кстати, когда магнитными жидкостями впервые заинтересовались в середине XX века, то их самые первые образцы как раз и были получены примерно таким путём.

Для того, чтобы сделать такую «магнитную жижу», требуется всего лишь набрать необходимое количество мелких стальных опилок. Чем мельче, тем лучше, поэтому наиболее подходящей является стальная пыль, остающаяся после работы «болгарки» или точила. Пыль собирается магнитом (не слишком сильным - не столько для предотвращения большого остаточного намагничивания, сколько для того, чтобы железные опилки не так интенсивно стремились к нему и увлекали с собой поменьше немагнитной пыли). Затем для отсева грязи и крупных фракций собранное можно просеять через ткань (скажем, поместить в тканевый мешочек и протрясти его над расстеленной газетой; на газете чуть сбоку опять ставится магнит, на этот раз лучше магнит посильнее, который улавливает проскочившие через ткань стальные пылинки, а мелкая немагнитная грязь пролетает прямо вниз мимо магнита; крупные частицы грязи и большие стальные опилки не могут пройти через ткань и остаются внутри мешочка). Чем плотнее ткань, тем мельче будет просеянная пыль, но тем дольше придётся трясти мешочек. Для механизации процесса можно попытаться продуть пылинки через ткань мешочка выхлопом пылесоса, но это уже потребует подготовки приспособлений для направления, отклонения и гашения вышедшей из мешочка струи воздуха (скажем, из пустых пластиковых бутылок от питьевой воды, лучше с широким горлышком и объёмом 5-8 литров). Поэтому о «механизированном» варианте стоит думать лишь при достаточно больших объёмах изготавливаемого «продукта», измеряемых литрами, а для нескольких граммов магнитной жидкости, вполне достаточных для большинства экспериментов и многих практических применений, это вряд ли будет оправдано. Конечно, центрифугирование в жидкости обеспечит гораздо лучшую сепарацию частиц, но плотную ткань и пылесос можно найти практически в каждом доме, а вот центрифуги на несколько тысяч оборотов в минуту почему-то распространены не так широко. Если собранная пыль достаточно чистая и однородная, а требования к качеству «магнитной жижи» совсем невысокие, то просеивание вообще можно не делать.

Ещё раз подчеркну - стальные частички должны быть как можно мельче. Для получения мелкой стальной пыли следует использовать мелкозернистый (доводочный) точильный круг. В качестве ориентира можно предложить следующее - при тщательном рассмотрении невооружённым глазом нельзя определить форму пылинок, на белой бумаге они выглядят мельчайшими точками. Если можно определить форму и ориентацию опилок, то такие опилки слишком крупны, они очень быстро осядут и будут практически неподвижными! Зато такие крупные опилки удобно использовать в сухом виде для изучения силовых линий магнитного поля. Критерием следует считать размер, когда у опилок продолговатой формы различимы направления «вдоль» и «поперёк» - при нормальном зрении это обычно соответствует размерам по наибольшей стороне от 0.05–0.1 мм и более, т.е. такие опилки хотя бы по одному из габаритов крупнее 50 .. 100 микрометров.

Отобранная стальная пыль заливается жидкостью, хорошо смачивающей металл. Это может быть обычная вода - желательно, насыщенная поверхностно-активными веществами, то есть мылом или другим моющим средством (пенообразование здесь вредно, поэтому оно должно быть как можно меньше!). Но во избежание быстрой коррозии железных пылинок, способной просто-напросто «съесть» их за несколько дней, для стали лучше использовать жидкое машинное масло. Вполне подойдёт бытовое - то, что используется для смазки швейных машинок. Как вариант, можно использовать и тормозную жидкость, сохраняющую свои свойства в очень широком диапазоне температур. Однако следует помнить, что тормозная жидкость весьма гигроскопична (хотя здесь это не так важно), и в открытом сосуде из неё испаряются летучие фракции, отнюдь не полезные для здоровья, - поэтому работать с ней лучше в хорошо проветриваемом помещении или на открытом воздухе.

Концентрация стальной пыли в жидкости должна быть, с одной стороны, не слишком высокой, чтобы жидкость не стала чересчур густой и вязкой, а с другой стороны, не слишком низкой, иначе перемещение магнитных частиц не сможет увлечь с собой сколько-нибудь заметный объём жидкости. Она подбирается опытным путём с помощью постепенного добавления опилок в жидкость, тщательного перемешивания и проверки магнитом. Лучше оставить небольшой избыток базовой жидкости, нежели получить её недостаток, так как в последнем случае подвижность полученной субстанции уменьшается очень заметно.

Подвижность частиц такой магнитной жидкости определяется величиной силы смачивания металла жидкостью, «изолирующей» металлические частички друг от друга и обеспечивающей их относительно свободное перемещение. Ещё лучше смачивают поверхность пылинок ПАВ (поверхностно-активные вещества), именно поэтому они и используются в «профессиональных» составах. В сильных магнитных полях сила взаимного притяжения частиц может превысить силу смачивания, и тогда частички начнут непосредственно контактировать друг с другом, а жидкость «затвердеет», став в чём-то подобной мокрому песку. Конкретная величина критической силы магнитного поля зависит как от магнитных свойств используемого металла, так и от силы смачивания металла базовой жидкостью или ПАВ, а также от температуры жидкости и размеров металлических частиц (более крупные «слипаются» быстрее, поскольку обладают меньшей удельной поверхностью на единицу массы; кроме того, крупные опилки легко оседают на дно, в то время как особо мелкие пылинки могут поддерживаться во взвешенном состоянии броуновским движением молекул базовой жидкости). При снятии магнитного поля подвижность жидкости восстановится, если остаточная намагниченность будет не слишком большой.

Наконец, надо сказать, что магнитная жидкость из железной пыли получается не только весьма густой, но и обладает высокими абразивными свойствами, поэтому её проблематично прокачивать по каким-либо трубкам, зато она легко может вывести из строя подшипники и рабочие поверхности перекачивающих её насосов (оптимальным типом насоса является шестерёнчатый вытесняющий насос, аналогичный масляным насосам в автомобильных двигателях). Абразивное действие существенно снижается, если просвет между взаимно движущимися деталями превышает размер самых крупных частиц хотя бы в полтора-два раза. Весьма устойчивы к износу в данной ситуации пара материалов «твёрдый металл - прочный упругий пластик». Пластик должен быть именно упругим, как твёрдая резина или фторопласт, но не таким жёстким, как текстолит или эбонит (и конечно, быть химически устойчивым к воздействию базовой жидкости).

Впрочем, во многих случаях эти особенности «магнитной жижи» являются не принципиальными, а многие эффекты проявляются в ней также, как и в «настоящих» магнитных жидкостях. В частности, прижатый ко дну магнит после освобождения успешно всплывает к центру жидкости даже через много минут после завершения осаждения магнитных частиц (правда, в осевшей жидкости это всплытие может продлиться несколько минут, а то и часов). Если тот же магнит, наоборот, положить на поверхность, то он будет погружаться, снова стремясь к центру жидкости (точнее, к центру области, занятой металлическими частицами).

И последнее замечание. Лёгкое потряхивание или постукивание по стенке сосуда существенно увеличивает подвижность «жижи». Если же встряхивать руками не хочется, то подойдёт любой источник слабой вибрации - вплоть до звуковой колонки-сабвуфера, на которую надо подать мощный низкочастотный сигнал (правда, соседям по дому это может сильно не понравиться)! На таком импровизированном «вибростенде» даже отстоявшаяся и малоподвижная «жижа» проявляет неплохую текучесть. ♦

Прошло 52 года с тех пор, как сотрудник NASA Стив Папелл изобрел ферромагнитную жидкость. Он решал вполне определенную задачу: как в условиях невесомости заставить жидкость в топливном баке ракеты подходить к отверстию, из которого насос перекачивал топливо в камеру сгорания. Тогда-то Папелл и придумал нетривиальное решение — добавлять в топливо какую-нибудь магнитную субстанцию, чтобы с помощью внешнего магнита управлять перемещением топлива в баке. Так на свет появилась ферромагнитная жидкость.

В качестве магнитного вещества Папелл использовал магнетит (Fe 3 O 4), который по специальной технологии размельчал (перетирал в смеси с олеиновой кислотой) в течение многих дней. Получалась устойчивая коллоидная суспензия, в которой стабильно существовали крошечные частички магнетита размером 0,1—0,2 микрона. Олеиновая кислота в этой системе играла роль модификатора поверхности, который не давал частицам магнетита слипаться. Патент С.Папелла US 3215572 A (Low viscosity magnetic fluid obtained by the colloidal suspension of magnetic particles) открыт, и его можно посмотреть в Интернете. Классический состав ферромагнитной жидкости — 5% (по объему) магнитных частиц, 10% модификатора поверхности (олеиновая, лимонная или полиакриловая кислоты и др.). Остальное — органический растворитель, включая жидкие масла.

Интерес к магнитным жидкостям оживился в последние годы, и сегодня они нашли уже множество применений. Если нанести такую жидкость на неодимовый магнит, то магнит будет скользить по поверхности с минимальным сопротивлением, то есть трение резко уменьшится. На основе ферромагнитной жидкости в США делают радиопоглощающие покрытия на самолеты. А создатели знаменитого Ferrari используют магнитореологическую жидкость в подвеске автомобиля: манипулируя магнитом, водитель может сделать подвеску в любой момент более жесткой или более мягкой. И это лишь несколько примеров.

Магнитная жидкость — удивительный материал. Стоит поместить ее в магнитное поле, как разрозненные магнитные частицы объединяются и выстраиваются вдоль силовых линий поля, превращаясь во вполне твердое вещество. Сегодня фокусы с магнитной жидкостью, которая при соприкосновении с магнитом превращается в безупречных с точки зрения симметрии ежиков или кактусы, показывают на многих развлекательных шоу. Конечно, ферромагнитную жидкость можно купить, но ведь гораздо интереснее сделать самому.

Мы писали о том, как получить самозатвердевающую магнитную жидкость, которая позволит рассмотреть структуры, образованные магнитными частицами, под микроскопом («Химия и жизнь», 2015, №11).А вот еще один рецепт самодельной ферромагнитной жидкости. Возьмите 50 мл тонера для лазерного принтера. Этот порошок не менее чем на 40% состоит из магнетита, размер частиц которого — 10 нанометров и меньше. В тонере также обязательно присутствует модификатор поверхности, чтобы наночастицы не слипались. К 50 мл тонера добавьте 30 мл растительного масла (две столовые ложки) и тщательно перемешайте, не жалея на этот процесс времени. Получится черная однородная жидкость, похожая на сметану. А теперь налейте ее в плоскую стеклянную емкость с бортиками, чтобы толщина слоя была не меньше сантиметра. Поднесите магнит под донышко емкости, и в этом месте в жидкости сразу же возникнет жесткий ежик. С помощью магнита его можно перемещать. Если же вы поднесете магнит к поверхности жидкости или сбоку, то жидкость буквально выскочит навстречу магниту, так что будьте осторожны. Чтобы избежать этой неприятности, можно поместить магнитную жидкость в небольшую стеклянную коническую колбу, заполнив ее наполовину или чуть меньше. Наклоните колбу, чтобы образовался слой жидкости вдоль ее стенки, и поднесите магнит к стеклу.

Успех зависит от силы магнита (неодимовый магнит небольшого размера можно купить в магазинах) и качества тонера. В последнем случае надо быть уверенным, что он содержит магнитный порошок.

Магнитная жидкость в последнее время становится более популярной в онлайн-магазинах. Дети любят играть с нею, хотя взрослым тоже иногда нравится побаловаться с ней. Именно поэтому этот обзор мы решили посвятить собственноручному изготовлению магнитной жидкости в домашних условиях.

Что же нам понадобится:
- растительное масло;
- порошок железа;
- емкость
- магниты.

По словам автора идеи, порошок железа можно получить с помощью напильника и куска железа. Первым делом нужно высыпать железный порошок в емкость. При этом стоит отметить, что чем больше у вас будет порошка, тем лучше, поскольку свойства магнитной жидкости в полной мере проявляются в больших количествах.

После этого нужно добавить совсем немного растительного масла.

Тщательно перемешиваем все. Лучше перемешивать деревянной ложкой или шпажкой от барбекю.

Через полторы-две минуты перемешивания вы получите свою магнитную жидкость.

Отметим, что при использовании нужно быть аккуратным и не подносить магнит непосредственно к жидкости, поскольку она прилипнет, и вы больше не сможете ее снять с магнита. Поэтому делать это советуется через бумагу, пластмассу или что-то другое.

Тонеры, которые содержатся в картриджах принтеров, обладают интересными магнитными свойствами, и вы можете на досуге поэкспериментировать с ними. Эффект от них получается очень интересным, потому как жидкость начинает тянуться за магнитом, и более того, отдельные элементы образуют причудливые геометрические формы. Правда, не все тонеры подойдут для повтора данной пошаговой инструкции. Нужны будут только тонеры темного цвета, поскольку цветные делаются без использования темных магнитных частиц.

Материалы

Чтобы сделать магнитную жидкость своими руками, вам понадобятся:

• плотный лист бумаги;
• защитные перчатки;
• защитная маска;
• пустой стеклянный стакан;
• пластиковый стикер для помешивания;
• масло растительное;
• ложка;
• широкая пластиковая емкость, например, тарелка.

Шаг 1 . Предельно аккуратно вскройте картридж, чтобы вылить из него тонер в стеклянный стакан. Всего вам понадобится около 50 мм жидкости. Чтобы проверить, имеет ли выбранная вами жидкость магнитные свойства, достаточно провести по стенке стакана магнитом. Если она активизируется, эксперимент можно продолжать.

Жидкость из тонера не опасна для здоровья, если вы ее не вдыхаете и не пьете. Именно поэтому перед данной работой вам нужно надеть защитные перчатки и маску. Так вы снизите вероятность отравления при случайном попадании жидкости на руки.

Шаг 2 . К уже полученному вами объему товара необходимо добавить две столовые ложки растительного масла. С помощью пластикового стикера основательным перемешайте полученный вами состав. Для продолжения эксперимента он обязательно должен быть однородным.

Шаг 3 . Полученную магнитную жидкость вам нужно аккуратно перелить в широкую емкость. Именно такая нужна, чтобы увидеть все, что будет происходить с полученной магнитной жидкостью.

С донной части тарелки, снаружи поднесите магнит. Обратите внимание на происходящее внутри емкости. В точке касания магнита жидкость должна собираться объемным бугорком в виде ежика. Это и есть магнитные частицы, которые производители добавляют в тонер. Они могут быть меньшего или большего размера, что опять-таки зависит от фирмы изготовителя.

Шаг 4 . С помощью данной жидкости вы можете сделать магнитный рисунок. Для этого вам необходимо часть жидкости вылить на плотную бумагу и с обратной стороны поднести магнит. Двигая им, из стороны в сторону, вы будете рисовать.

В случае если вы испачкали тонером любые предметы либо мебель, смойте все холодной водой, у вас это должно получиться без проблем. Горячую воду ни в коем случае использовать не нужно, она закрепит пигмент, и вымыть его будет невозможно.

Вы когда-нибудь видели магнитную жидкость? Она похожа на жидкий металл и расшиперивается иголками, если к ней поднести магнит. Здесь вы найдёте инструкцию о том, как в домашних условиях сделать ферромагнитную жидкость своими руками.

Теория такова: современные лазерные принтеры содержат минерал магнетит (Fe3O4). Он нужен для того, чтобы частички краски прилипали к бумаге. Этот минерал реагирует на магнитные поля и таким образом хорошо подойдёт для нашего эксперимента.

Шаг 1: Материалы

• Защитные перчатки
• Защитная маска
• Стеклянный мерный стакан
• Картридж (старый) от принтера или копира
• Палочка для размешивания
• Небольшой контейнер и лист бумаги
• Сильный неодимовый магнит

Шаг 2: Соберите тонер

Аккуратно высыпьте тонер из картриджа в стеклянный стакан. Нужно около 50 мл.
Проведите магнитом по НАРУЖНЕЙ ЧАСТИ СТАКАНА, чтобы удостовериться, что тонер имеет магнитные свойства

Будьте аккуратны: тонер относительно безопасен, пока вы не вдыхаете и не пьёте его, но он очень легко распыляется и создаёт много грязи, поэтому оденьте защитные перчатки и маску.

Шаг 3: Добавьте масла

Добавьте две столовые ложки масла.

Шаг 4: размешайте

Размешивайте пока жидкость не станет полностью однородной.

Шаг 5: Реакция на магнит

1. Вылейте немного жидкости в небольшой контейнер.
2. Подставьте магнит под нижнюю часть контейнера
3. Жидкость начнёт расшипериваться!

Если результат не похож на то, что вы видите на фотографии, то, скорее всего проблемы с тонером. Некоторые марки содержат больше или меньше магнитных составляющих. Также можете попробовать добавить еще немного масла, или наоборот, убрать его. Некоторые марки совсем не содержат феррофлюид — тогда вам нужно будет найти другой картридж.

Шаг 6: Магические чернила

1. Теперь вылейте немного магнитной жидкости на бумагу
2. Двигайте магнитом под бумагой
3. У вас появляются «магнитные рисунки»!

Если вы испачкали всё вокруг тонером — используйте пылесос для уборки или смойте холодной водой. Не используйте горячую воду и не натирайте места, испачканные тонером — так вы можете втереть его в поверхность навсегда.