Robert Klatt
Wissenschaftler haben den weltweit ersten flüssigen Dauermagneten aus eisenoxidhaltigen Nanopartikeln erzeugt. In Zukunft könnte das neue Material zum Beispiel in der Robotik eingesetzt werden.
Berkeley (U.S.A.). Bisher ist die Wissenschaft davon ausgegangen, dass nur Feststoffe echte Dauermagneten bilden können, da ihre Struktur dafür sorgt, dass die dafür notwendige einheitliche Position der Atomspins bestehen bleibt. Bei eisenhaltigen Flüssigkeiten, die ebenfalls ein Magnetfeld erzeugen können, ging man davon aus, dass die Magnetisierung nur solange bestehen bleiben kann, wie die Atome und Moleküle durch ein externes Magnetfeld in ihrer Position gehalten werden. Sobald das externe Magnetfeld entfernt wird, sollte dies nach der akzeptierten Lehrmeinung dazu führen, dass eine ungeordnete Bewegung der Atome beginnt, die das Magnetfeld zerstört.
Wissenschaftler des Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) haben nun im wissenschaftlichen Journal Science eine Forschungsarbeit publiziert, in der sie belegen, dass auch aus einer Flüssigkeit einer Dauermagnet erzeugt werden kann.
Thomas Russell von der ebenfalls beteiligten University of Massachusetts (UMass) erklärt, dass die Wissenschaftler um Fluid entwickeln haben, das sich wie ein Feststoffmagnet verhält, um so einer flüssigen Dauermagneten zu erzeugen. Während ihrer Experimente wurden dabei verschiedenen Lösungen mit eisenoxidhaltigen Nanopartikel genutzt, die normalerweise nur paramagnetisch sind.
In Kombination mit einem flüssigen Polymer und einem Öl bildeten sich aus den Nanopartikeln winzige Tröpfchen mit einer dicken Kruste, da sich an den Grenzschichten die eisenoxidhaltigen Nanopartikel sammelten.
Im Gegensatz zu bisherigen Flüssigmagneten, deren Magnetfeld wieder verschwinden sobald der externe Magnet entfernt wird, bleibt die aus Nanopartikeln bestehende Kruste dauerhaft magnetisch. Wie Russel erklärt, haben die anfangs paramagnetischen Ferrofluid-Tröpfchen einen echten Dauermagneten gebildet. Die magnetische Ausrichtung blieb auch dann erhalten, wenn nachträglich die Tröpfchen mechanisch verformt wurden.
Laut der Studie, deren Ergebnis die Wissenschaftler laut Russel „selbst fast nicht glauben konnten“, ist dies möglich, da die Nanopartikel in den Tröpfchen so eng zusammengedrängt sind, dass sie sich nicht mehr frei bewegen können und somit auch die Atomspins in ihrer durch den externen Magneten erreichten Position verbleiben. Das Magnetfeld kann im Nachhinein nur durch einen externen Magneten geändert werden, der die magnetische Ausrichtung der Nanopartikel manipuliert.
Russel konstatiert, dass „so ein ganz neues Material erzeugt wurde, das sowohl flüssig als auch magnetisch ist und die Tür zu einem ganz neuen Forschungsgebiet öffnet.“ In Zukunft könnten die ferromagnetischen Tröpfchen, die die Eigenschaften eines Feststoffmagneten haben zum Beispiel in der Robotik genutzt werden. Außerdem halten die Wissenschaftler Anwendungsbereiche wie magnetische Schwämme oder andere flexible magnetische Materialen für wahrscheinlich.
Science: doi: 10.1126/science.aaw8719
