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深圳市创想三维科技有限公司

创想三维_3D打印液体磁体诞生_开辟永久磁铁制作新途径

文章来源:创想三维_3D打印机人气:1172发表时间:2019-07-24 14:22:45

劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员已经设法磁性液体,这可能会产生一系列新设备,这种材料可以构成研究人员通过施加外部磁场来控制的人造细胞或微型机器人的基础,为电子设备和机器人开辟新的途径。

 

                3D打印机      

 

  磁铁是大多数电子产品的重要组成部分,但它们以稳固的形式出现,限制了它们的功能范围。然而,伯克利实验室客座教授、马萨诸塞大学阿默斯特分校聚合物科学与工程教授汤姆拉塞尔和他的实验室合作伙伴明确指出,情况并非如此。在过去的七年中,他们一直致力于研究“自适应界面组装液体结构”计划,重点是开发一种新的3D可打印全液体结构。这种磁性液体代表了一种使用“铁磁流体”在材料级编程磁体的新方法。

 

  拉塞尔说:我们已经制造出一种兼具液态和磁性的新材料,这为磁性软物质科学的一个新领域打开了大门。

 

  用液体制造磁铁

 

拉塞尔和刘绪博(伯克利实验室材料科学部的研究生研究员,同时也是北京化学工业大学的博士生)提出了一个想法,从铁磁流体中形成液体结构。铁磁流体是一种氧化铁粒子的溶液,具有很强的磁性,但只有在另一种磁铁存在的情况下才能形成。拉塞尔说:我们想知道,如果铁磁流体可以暂时具有磁性,如何才能使它永久具有磁性,并且表现得像固体磁铁,但看起来和感觉起来仍然像液体?

 

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  人造细胞和磁性微机器人

 

  为了找到答案,拉塞尔和刘绪博使用了技术,打印了直径仅为20纳米(约为抗体蛋白的平均大小)的含铁氧化物纳米颗粒铁流体溶液中的1毫米液滴。

 

  伯克利实验室的保罗·阿什比(Paul Ashby)和布雷特·赫尔姆斯(Brett Helms)利用分子铸造厂的表面化学和精密的原子力显微镜技术,他们发现纳米颗粒产生了一种类似固体的壳,两种液体之间相遇。结果,纳米颗粒倾向于聚集在液滴表面,形成漩涡。不知何故,这些液滴变得具有永久磁性,研究人员几乎不敢相信,在该研究之前,人们一直认为永久磁体只能由固体制成。

 

  通过磁力测量,科学家们发现,当把一个磁场放置在一个液滴上时,所有纳米粒子的南北极,从漂浮在液滴周围的700亿氧化铁纳米粒子到液滴表面的10亿纳米粒子,反应一致,就像一块固体磁铁。这一发现的关键是氧化铁纳米粒子在液滴表面紧紧地挤在一起。在这十亿个纳米粒子中,每一个之间只有8纳米,它们一起在每一个液滴周围形成了一个固体表面。当表面被卡住的纳米粒子被磁化后,它们会将这种磁性方向转移到核心中游动的粒子上。

 

  3D打印长期以来一直是开发磁体的工具,但这种材料在另一个层面上。这种材料在形成微机器人和人造细胞方面特别有用的原因在于它更具可塑性。3D打印的磁性液体改变形状以适应其周围环境,它们可以呈现球状或圆柱状或管状的物理性,如同一缕头发一样薄,甚至可以像章鱼一样,而不会超出其磁性。

 

  研究人员计划继续在伯克利实验室和其他国家实验室进行研究,开发更复杂的3d打印磁性液体结构,比如液体打印的人造细胞,或者微型机器人,它们像一个微型推进器一样移动,为患病细胞提供无创但有针对性的药物治疗。一开始是一个奇怪的观察,结果却开启了一个新的科学领域。北京化学工业大学的博士生刘绪博说:这是所有年轻研究人员的梦想,我很幸运有机会与伯克利实验室世界级用户设施支持的一群伟大科学家合作,使之成为现实。     

       


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