Reibungslose magnetische Flüssigkeiten bieten industrielles Potenzial
Magnete, die auf Distanz Kraft ausüben, werden in zahlreichen Produkten und Dienstleistungen eingesetzt, von Haushaltsgeräten bis hin zu Industriemaschinen. Eine Anwendung mit großem ungenutztem Potenzial ist die Materialverschiebung im Nano- und Mikromaßstab. „Ich war an der Möglichkeit interessiert, Partikel oder eine Flüssigkeit innerhalb einer magnetischen Flüssigkeit zu platzieren und dann den Fluss mit externen Magneten zu kontrollieren“, sagt der Koordinator des Projekts MAMI, Bernard Doudin von der Universität Straßburg in Frankreich. „Unsere Idee bestand darin, dass dieses Ferrofluid helfen könnte, bestimmte Probleme in der Fluiddynamik zu überwinden.“
Vorteile von Ferrofluiden
So kann das Pumpen von Flüssigkeiten durch hartwandige Rohre – vor allem in sehr kleinem Maßstab – biologische Objekte beschädigen, die möglicherweise transportiert werden. „Fachleute für Hydrodynamik würden Ihnen sagen, dass die Dinge wirklich schwierig werden, wenn Sie in Größenordnungen von weniger als 0,1 Millimeter vordringen“, fügt Doudin hinzu. Ferrofluide könnten dazu beitragen, Reibung und Scherkräfte zu verringern, wenn schutzbedürftige Partikel in einer Flüssigkeit eingeschlossen sind. Das Projekt MAMI führte Fachleute aus den Bereichen Physik, Biologie und Chemie zusammen, um die Möglichkeiten von Ferrofluiden genauer zu erforschen. „Ich bin Physiker, und mein Spezialgebiet sind Magnete“, erklärt Doudin. „Wir verfügten außerdem über Fachwissen in den Bereichen Hydrodynamik, Mikrofluidik und angewandte Biowissenschaften. Wir wollten zum Beispiel herausfinden, welches Potenzial Ferrofluide für den Transport von Blutzellen haben.“ MAMI, das über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützt wurde, half zudem bei der Ausbildung von Nachwuchsforschenden in all diesen Fachgebieten. Der Schwerpunkt lag auf der Ermittlung des Potenzials für industrielle Anwendungen.
Biowissenschaften und Pflanzenschutz
Einige der im Rahmen des Projekts ermittelten Anwendungen haben sich als sehr vielversprechend erwiesen. „Blut von außen durch Schläuche zu pumpen, ist problematisch, weil dabei Zellen zerstört werden können“, bemerkt Doudin. „Wenn Blutzellen in einer Flüssigkeit und nicht in einem festen Schlauch fließen, entsteht viel weniger Reibung und damit viel weniger Stress für die Zellen.“ Eine weiterer Anwendungsbereich war der Pflanzenschutz. Das Projekt MAMI schuf die Grundlage dafür zu verstehen, wie ein Magnetfeld die Eigenschaften von Wasser beeinflussen kann. „Wir hoffen zu klären, wie magnetisierte Spritzmittel effizienter zur Behandlung von Pflanzen eingesetzt werden können“, sagt er. „Wir verfügen nun über ein erstes Verständnis darüber, warum es funktioniert, aber es sind noch weitere Forschung und Anwendungen erforderlich, um die Testphase abzuschließen. Es handelt sich um eines der Geheimnisse des Magnetismus.“ Eine weitere Verbesserung des effizienten Pestizideinsatzes würde der Umwelt zugutekommen und den landwirtschaftlichen Betrieben Geld sparen.
Reibungslose Bewegung
Die Tatsache, dass in einer Flüssigkeit fließende Teilchen fast keine Reibung erzeugen, eröffnet unzählige neue Möglichkeiten. „Es wird viel Energie verschwendet, um gegen die Reibung anzukämpfen“, sagt Doudin. „Wenn Sie zum Beispiel Auto fahren, kämpfen Sie gegen die Reibung der Luft und der Straße.“ Die Beseitigung der Reibung könnte also enorme Mengen an Energie einsparen. Während das Projekt MAMI an kleinen Prototypen arbeitete, wurde das Potenzial für die Entwicklung von hydrophoben und stabilen ferrofluidischen Beschichtungen für Boote erkannt. Die Herausforderung besteht nun darin, diese Technologie in größerem Maßstab einzusetzen, um der Schifffahrtsindustrie eine praktikable energiesparende Technologie vorzustellen. „Das Projekt MAMI war recht umfangreich, und wir haben einige interessante Entdeckungen gemacht“, schließt Doudin. „In der bevorstehenden Phase geht es darum, auf diesen frühen Konzeptnachweisen aufzubauen und Werkzeuge und Technologien zu entwickeln, die echte gesellschaftliche Auswirkungen haben.“
Schlüsselbegriffe
MAMI, magnetisch, Magnete, Flüssigkeit, Ferrofluide, Gesundheitswesen, Nanomaßstab
