Magnetische Tropfen

Berkeley (USA) - Vom Kompass bis zur Festplatte finden Magnete zahlreiche Anwendungen. Ausschließlich feste Materialien können dabei dauerhaft magnetisiert werden. Doch nun gelang es einer amerikanisch-chinesischen Forschergruppe erstmals, auch eine Flüssigkeit permanent zu magnetisieren. Wie sie in der Fachzeitschrift „Science“ berichten, sind geballt angeordnete Nanoteilchen aus Eisenoxid an der Oberfläche kleiner Tropfen einer flüssigen Öl-Polymer-Mischung für diesen Effekt verantwortlich. Die Ideen für Anwendungen flüssiger Magnete reichen weit – von lenkbaren Mikrotransportern für medizinische Wirkstoffe über flexible Elektronikmodule bis zu einer neuen Art flüssig-flexibler Roboter.

Bereits bekannte Ferrofluide legten die Grundlage für diese verblüffende Entdeckung. In diesen Flüssigkeiten werden Partikel aus Eisenoxid verteilt, dessen Magnetspins in Gegenwart eines äußeren Magnetfelds ausgerichtet werden können. Dieser Paramagnetismus geht ohne äußeres Magnetfeld aber wieder verloren. Materialforscher um Xubo Liu vom Lawrence Berkeley National Laboratory in Berkeley begannen ihre Versuche nun ebenfalls mit solchen Ferrofluiden. Doch zu ihrer Überraschung konnten ihre Tropfen sogar dauerhaft magnetisiert werden, zeigten also ferromagnetische Eigenschaften.

„Wir haben einen einfachen Weg gefunden, das paramagnetische Ferrofluid in einen ferromagnetischen Zustand bei Raumtemperatur zu überführen“, sagt Tom Russell, der die Arbeiten leitete. Dazu dockten an ihren nur 20 Nanometer kleinen Teilchen aus Eisenoxid zusätzliche Carbonyl-Gruppen an. Diese Nanoteilchen verteilten die Forscher in einer Mischung aus dem Lösungsmittel Toluol und flüssigen Polymeren. In einzelnen, ein Millimeter durchmessenden Tropfen dieses Ferrofluids drängten geschätzt eine Milliarde von insgesamt 70 Milliarden Nanoteilchen an die Oberfläche des Tropfens. Danach richteten die Forscher die Nanoteilchen mit einem äußeren Magnetfeld aus. Auch ohne dieses Magnetfeld ballten sich die Nanoteilchen zu einer Art magnetischer Hülle zusammen und damit blieben die magnetischen Eigenschaften dauerhaft erhalten.

Diese ferromagnetischen Tropfen unterzogen die Forscher darauf zahlreichen Belastungsproben: Sie teilten die Tropfen, verformten sie mehrfach und steuerten sie über eine Oberfläche. Immer blieben die magnetischen Eigenschaften erhalten. Mit abermals wirkenden Magnetfeldern ließ sich die Magnetisierung sogar auf Wunsch zerstören und wieder herstellen. „Das öffnet eine Tür zu einem neuen Forschungsfeld mit magnetischer, weicher Materie“, ist Russell überzeugt. So könnten magnetisch gesteuerte Tropfen gezielt Arzneien durch einen Körper transportieren. Auch magnetische Module für eine flexible Elektronik oder gar eine neue Klasse von flüssigen Magnet-Antrieben und beliebig verformbaren Robotern halten die Forscher für möglich.