Вълшебната лампа с течен магнит – какво е ферофлуид и колко малко са 10 нанометра

Помните ли лампите от 60-те години на миналия век с прозрачен издължен корпус, пълен с бистра течност и цветен восък, който след включване и загряване от осветителното тяло, започва да се движи нагоре-надолу, преливайки се в различни форми подобно на вулканична лава?

Изобретател на лава лампата – един от символите на контракултурата от това десетилетие  - е британският счетоводител Едуард Крейвън Уокър, който внася иска за патент през 1965-а и три години по-късно такъв е издаден на негово име, за да му осигури място в историята и пълна финансова обезпеченост за него и наследниците му. Лампите на основаната от него компания "Mathmos" се радват на значителна популярност и днес. Те все още вдъхновяват създаването на нови изобретения като това, което ще ви представим в следващите редове.

Знаете ли какво представляват ферофлуидите? А сблъсквали ли сте се с нанотехнологията?

Ще се опитаме да обясним тези понятия съвсем накратко, така че да събудим любопитството ви, защото именно това е целта на Кайл Хайнс – американски инженер, експериментатор и създател на първата по рода си настолна ферофлуидна лампа, подходящо наречена "The Inspiration" (Вдъхновението). Той е възпитаник на Университета "Penn State" и през последните три години се занимава изключително с нанопроизводствени технологии, осъществявайки детската си мечта – да бъде учен и изобретател.

Той цитира следното заключение на Стюарт Бранд по отношение на нанотехнологията:

"Науката е добра и приложима от инженерна гледна точка, а начините на използването й са достатъчно много. Последствията от въвеждането й са революционни, а резултатите ще видим още в този жизнен цикъл".

"Както можете да видите, ферофлуидът е магнитна течност", обяснява Хайнс в описанието към "The Inspiration" и "The Thinker" (Мислителят) – две от най-впечатляващите му разработки, предназначени за масово производство.

За тяхното финансиране той търси съдействие от любителите на иновациите в "Kickstarter" – интернет платформа за групово финансиране с глобално покритие, чрез която всякакъв вид инициативи и разработки получават необходимите им средства, за да бъдат довършени и пуснати в производство.

За разлика от лампата, "The Thinker" не е осветително тяло. Това е прозрачен пластмасов контейнер с вместимост 120 милилитра, в чийто център е поставен намагнитизиран болт, притеглящ перманентно намагнитизираната ферофлуидна течност (3 мл), чийто цвят може да варира. На първо време вариантите са два – синьо и златно, но в бъдеще Хайнс планира да произведе и други.

Ето как обяснява свойствата на ферофлуида и понятието нанотехнология самият инженер:

"Това е нещо специално, защото всички известни магнитни материали губят намагнитването си, когато се загреят над определена температура. И това винаги се случва много преди материалът да достигне точка на топене. Номерът е да вложиш вътре в течността фини частици твърд магнитен материал. Ако те не са достатъчно малки и леки, естествено, ще се утаят на дъното заради влиянието на гравитацията. Същото е като да смесиш вода с пясък. Но ако частиците са достатъчно малки (да речем 10 нанометра), те нямат да бъдат притеглени от гравитацията.

В този случай върху тях ще окаже въздействие друга сила - тази на брауновото движение или склонността на течните молекули да бъдат в постоянно движение, при което бомбардират други частици в течността. И когато частиците са много малки по размер, тази сила е достатъчно голяма, за да се противодейства на силата на гравитацията. Представете си тълпа хора с вдигнати ръце, които пречат на балон да падне на земята, защото всеки път, когато полети надолу, нечия ръка го запраща обратно нагоре.

Звучи съвсем просто, нали? Сред останалите приложения на ферофлуидите са вграждането им във високоговорители за охлаждането им, така че да произвеждат по-добър звук, в производството на компютърни чипове, за създаване на хипертермия, която подобрява ефекта от химиотерапията, за насочена дистрибуция на лекарства при лечение на рак и др.

Чудите ли се колко е 1 нанометър? За сравнение, един човешки косъм е с дебелина от 100 000 nm! 10 nm са десетки пъти по-тънки дори от вълната на светлината, чиято дебелина е 400 nm. Размерът на повечето вируси, които ни разболяват, е от порядъка на 20 до 300 nm.  10 nm? Това наистина е нещо много, много, ама много малко!

Когато доближите магнит до повърхността на "The Inspiration" или "The Thinker", той привлича именно невидимите магнитни наночастици във ферофлуида, в резултат на което те се преподреждат и се получават тези необикновени структури, наподобяващи шипове.

"The Inspiration" може да се използва и без активност от страна на човека (без магнитите) – просто включвате и се хипнотизирате от плътните балончета вътре, които започват да се издигат и потъват подобно на восъка в лава лампите.

снимка: pixabay.com