Beztarciowe ciecze magnetyczne o potencjale przemysłowym
Magnesy wywierające siłę na odległość są stosowane w wielu produktach i usługach, od urządzeń gospodarstwa domowego po maszyny przemysłowe. Jednym z zastosowań o ogromnym niewykorzystanym dotąd potencjale jest przemieszczanie materiałów w nano- i mikroskali. „Interesowała mnie możliwość umieszczenia cząstek lub cieczy wewnątrz cieczy magnetycznej, a następnie kontrolowanie jej przepływu za pomocą zewnętrznych magnesów”, mówi koordynator projektu MAMI, Bernard Doudin z Uniwersytetu w Strasburgu we Francji. „Założyliśmy, że ta ciecz magnetyczna może pomóc w pokonaniu pewnych zjawisk występujących w dynamice płynów”.
Korzyści płynące z zastosowania cieczy magnetycznych
Pompowanie cieczy przez rury o twardych ściankach – zwłaszcza w bardzo małej skali – może na przykład uszkodzić przenoszone w nich obiekty biologiczne. „Specjaliści z dziedziny hydrodynamiki są zgodni co do tego, że sprawy komplikują się, gdy schodzimy poniżej skali 0,1 milimetra”, dodaje Doudin. Ciecze magnetyczne mogłyby pomóc w ograniczeniu zjawiska tarcia i ścinania, ponieważ cząstki wymagające ochrony byłyby zawieszone w cieczy. Aby dokładniej zbadać możliwości cieczy magnetycznych, projekt MAMI połączył siły fizyków, biologów i chemików. „Jestem fizykiem, a moją specjalnością są magnesy”, wyjaśnia Doudin. „Do dyspozycji mieliśmy też wiedzę ekspercką w dziedzinach hydrodynamiki, mikrofluidyki i stosowanych nauk przyrodniczych. Chcieliśmy np. sprawdzić potencjał wykorzystania cieczy magnetycznych w transportowaniu komórek krwi”. Projekt MAMI, wspierany przez działanie „Maria Skłodowska-Curie”, pomógł również w szkoleniu naukowców na wczesnym etapie kariery we wszystkich tych dziedzinach. Skupiono się przede wszystkim na określeniu potencjału dla zastosowań przemysłowych.
Nauki przyrodnicze i ochrona roślin
Niektóre z zastosowań zidentyfikowanych w ramach projektu okazały się naprawdę obiecujące. „Pozaustrojowe pompowanie krwi przez rurki jest kłopotliwe, ponieważ może prowadzić do zniszczenia komórek”, zauważa Doudin. „Jeśli komórki krwi przepływają niejako wewnątrz cieczy, nie mając kontaktu z twardymi ściankami rurki, wówczas występuje znacznie mniejsze tarcie, przekładając się na mniejsze obciążenie komórek”. Kolejnym zidentyfikowanym zastosowaniem była ochrona roślin. W ramach projektu MAMI określono podstawy do zrozumienia, w jaki sposób pole magnetyczne może wpływać na właściwości wody. „Mamy nadzieję, że to może pomóc nam wyjaśnić, dlaczego namagnetyzowane opryski chronią rośliny skuteczniej”, mówi. „Jesteśmy w stanie częściowo zrozumieć, dlaczego to działa, choć potrzebne są dalsze badania i zastosowania do kompletnego przebadania tej kwestii. To jedna z tajemnic, jakie skrywa przed nami magnetyzm”. Dalsza poprawa efektywności użycia pestycydów byłaby korzystna dla środowiska i pozwoliłaby rolnikom zaoszczędzić pieniądze.
Ruch bez tarcia
Fakt, że cząsteczki przepływające wewnątrz cieczy nie wytwarzają prawie żadnego tarcia, otwiera przed nami zupełnie nowe możliwości. „Na walkę z tarciem marnuje się ogromną ilość energii”, zauważa Doudin. „Jadąc samochodem, na ten przykład, mamy do czynienia z tarciem ze strony powietrza, i drogi”. Wyeliminowanie tarcia mogłoby więc zaoszczędzić ogromne ilości energii. Podczas prac nad małoskalowymi prototypami w ramach projektu MAMI zidentyfikowano potencjał rozwoju hydrofobowych i stabilnych powłok opartych na cieczach magnetycznych do zastosowań w łodziach. Wyzwaniem byłoby teraz zwiększenie ich skali, aby zapewnić przemysłowi żeglugowemu realną technologię umożliwiającą zaoszczędzenie energii. „Projekt MAMI był dość obszerny i dokonaliśmy w jego trakcie kilku ciekawych odkryć”, podsumowuje Doudin. „Kolejnym etapem będą dalsze prace w oparciu o te wczesne dowody słuszności koncepcji oraz opracowywanie narzędzi i technologii, które mają rzeczywisty wpływ na społeczeństwo”.
Słowa kluczowe
MAMI, magnetyczny, magnesy, płyn, ciecze magnetyczne, opieka zdrowotna, nanoskala
