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液體磁體誕生！開啟新領(lǐng)域，打破永久磁體只能由固體制成的局限！幾個(gè)世紀(jì)前的發(fā)明家和今天的科學(xué)家們已經(jīng)找到了，讓我們生活更美好的巧妙方法——從指南針上的磁針到磁性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備，甚至是核磁共振(MRI)身體掃描機(jī)器。所有這些技術(shù)都依賴于由固體材料制成的磁鐵，但是如果能用液體做一個(gè)磁性裝置呢？伯克利實(shí)驗(yàn)室的一組科學(xué)家，使用改良過的3D打印機(jī)就做到了這一點(diǎn)。 其研究發(fā)現(xiàn)將于7月19日發(fā)表在《科學(xué)》(Science)上，這可能會(huì)帶來一種革命性的可打印液體設(shè)備?？捎糜诙喾N應(yīng)用，從提供靶向癌癥治療的人造細(xì)胞，到可以改變形狀以適應(yīng)周圍環(huán)境的柔性液體機(jī)器人。伯克利實(shí)驗(yàn)室客座教授、馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校聚合物科學(xué)與工程教授湯姆拉塞爾(Tom Russell)說：我們已經(jīng)制造出一種兼具液態(tài)和磁性的新材料，這為磁性軟物質(zhì)科學(xué)的一個(gè)新領(lǐng)域打開了大門。 用液體制造磁鐵在過去的七年里，拉塞爾一直致力于開發(fā)一種新型材料——3d打印全液體結(jié)構(gòu)。有一天，拉塞爾和目前這項(xiàng)研究的第一作者劉緒博提出了一個(gè)想法，從鐵磁流體中形成液體結(jié)構(gòu)。鐵磁流體是一種氧化鐵粒子的溶液，具有很強(qiáng)的磁性，但只有在另一種磁鐵存在的情況下才能形成。拉塞爾說：我們想知道，如果鐵磁流體可以暫時(shí)具有磁性，如何才能使它永久具有磁性，并且表現(xiàn)得像固體磁鐵，但看起來和感覺起來仍然像液體？ 為了找到答案，拉塞爾和劉緒博（伯克利實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)部的研究生研究員，同時(shí)也是北京化學(xué)工業(yè)大學(xué)的博士生）使用了和伯克利實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)部的前博士后研究員喬·福斯共同開發(fā)的3d打印技術(shù)，打印了直徑僅為20納米(抗體蛋白的平均大小)的含鐵氧化物納米顆粒鐵流體溶液中的1毫米液滴。伯克利實(shí)驗(yàn)室的保羅·阿什比(Paul Ashby)和布雷特·赫爾姆斯(Brett Helms)利用分子鑄造廠的表面化學(xué)和精密的原子力顯微鏡技術(shù)。 揭示了納米顆粒通過一種稱為“界面干擾”的現(xiàn)象，在兩種液體的界面形成了一個(gè)類似固體的外殼。為了使液滴具有磁性，科學(xué)家們用磁性線圈將液滴置于溶液中。正如所料，磁性線圈將氧化鐵納米顆粒拉向它。但是當(dāng)他們把線圈拿掉的時(shí)候，發(fā)生了一件意想不到的事情。就像花樣游泳運(yùn)動(dòng)員一樣，水滴以完美的一致性相互吸引，形成一個(gè)優(yōu)雅的漩渦，就像跳舞的小水滴。不知何故，這些液滴變得具有永久磁性，研究人員幾乎不敢相信，在該研究之前，人們一直認(rèn)為永久磁體只能由固體制成。 通過測(cè)量，它仍然是一塊磁鐵所有磁鐵，無論大小，都有北極和南極，相反的極相互吸引，而相同的極相互排斥。通過磁力測(cè)量，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把一個(gè)磁場(chǎng)放置在一個(gè)液滴上時(shí)，所有納米粒子的南北極，從漂浮在液滴周圍的700億氧化鐵納米粒子到液滴表面的10億納米粒子，反應(yīng)一致，就像一塊固體磁鐵。這一發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵是氧化鐵納米粒子在液滴表面緊緊地?cái)D在一起。在這十億個(gè)納米粒子中，每一個(gè)之間只有8納米，它們一起在每一個(gè)液滴周圍形成了一個(gè)固體表面。當(dāng)表面被卡住的納米粒子被磁化后，它們會(huì)將這種磁性方向轉(zhuǎn)移到核心中游動(dòng)的粒子上。 整個(gè)水滴就會(huì)變成永久磁性，就像固體一樣。研究人員還發(fā)現(xiàn)，即使把液滴分成更小、更薄、頭發(fā)大小的液滴，液滴的磁性也被保留了下來。在這些磁性液滴的許多驚人特性中，更引人注目的是，它們會(huì)改變形狀以適應(yīng)周圍環(huán)境，從球體變成圓柱體，變成煎餅，或者像一根頭發(fā)一樣細(xì)的管子，甚至變成章魚的形狀——所有這些都不會(huì)失去它們的磁性。液滴還可以通過調(diào)諧在磁性模式和非磁性模式之間切換，當(dāng)它們的磁性模式被打開時(shí)，它們的運(yùn)動(dòng)可以通過外部磁鐵遙控。 研究人員計(jì)劃繼續(xù)在伯克利實(shí)驗(yàn)室和其他國家實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究，開發(fā)更復(fù)雜的3d打印磁性液體結(jié)構(gòu)，比如液體打印的人造細(xì)胞，或者微型機(jī)器人，它們像一個(gè)微型推進(jìn)器一樣移動(dòng)，為患病細(xì)胞提供無創(chuàng)但有針對(duì)性的藥物治療。一開始是一個(gè)奇怪的觀察，結(jié)果卻開啟了一個(gè)新的科學(xué)領(lǐng)域。北京化學(xué)工業(yè)大學(xué)的博士生劉緒博說：這是所有年輕研究人員的夢(mèng)想，我很幸運(yùn)有機(jī)會(huì)與伯克利實(shí)驗(yàn)室世界級(jí)用戶設(shè)施支持的一群偉大科學(xué)家合作，使之成為現(xiàn)實(shí)。
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