磁性液体究竟有多神奇
作者 姚昌松 方鸿
发表于 2024年3月

如果你曾看過电影《毒液》,想必一定会对电影中充满科技感的场景印象深刻:不断流动的“毒液”,就像四处喷涌的黑色触手,向着指定的方向一直延伸,给人强烈的视觉震撼。

艺术源于生活。现如今,在现实世界中,有一种和电影中的“毒液”一样神奇的材料,正受到各国科研人员的广泛关注。它们既可以像液体一样自由流动,又能够被磁场控制进行定向移动,这就是磁性液体。

磁性液体从科幻走进现实

早在40年前,曾有军事小说家描绘过一艘人类理想中的完美潜艇,它没有螺旋桨却安装了“履带系统”,即超导磁性压水式推进器,可以让潜艇在高速行进的同时,把噪音降低到几乎无法侦测的程度,成为名副其实的“深海黑洞”。

40年后,曾经的科幻场景正在走进现实。近期,美国国防高级研究计划局宣布了一项名为海底磁流体动力泵原理的项目。其目的是生产出效率与传统叶轮泵相当、可靠性超过传统叶轮泵,且噪音极低的新型磁流体动力泵。

磁性液体也称磁流体,是一种新型的功能材料。磁性液体既具有液体的流动性,又具有固体磁性材料的磁性,就宛如流动的“磁铁”一样,是材料科学领域的新宠,具有广阔的发展前景。

制备“带有磁性的液体”这一思想,最早可以追溯到18世纪40年代,当时有科学家提出构想,试图将铁屑分散悬浮在水溶液中,尽管最终未有成效,但这一想法开辟了人类对磁性液体制备的先河。

1832年,法拉第首次提出有关磁流体力学问题,以流体力学和电动力学为基础,把流场方程和电磁场方程联立起来,探索磁流体与电磁感应之间的关系。此后,磁流体力学作为电磁学的一个分支迅速发展。

20世纪60年代初,美国航空航天局在饱受引擎燃烧稳定性这一阻碍登月的问题困扰时,机械工程师帕佩尔通过将磁铁矿放在含有油酸的有机相中进行长时间粉碎,最终成功制备出了稳定的铁磁流体,并在电磁场的帮助下泵送了火箭燃料,实现了磁液制备技术的重大突破。

此后,世界各国对磁性液体的研究相继展开。美国涌现了一批专门研究磁性液体性质及应用的企业,苏联、日本、英国、法国等对磁性液体的研究亦如火如荼。

磁性液体及其相关技术的问世,为各个行业的发展都带来了全新的可能,为多领域的技术创新提供了广阔的发展舞台。

本文刊登于《科学大观园》2024年6期
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