Sapere Scienza

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Un magnete liquido? Si può fare!

20 Agosto 2019

Alcuni di voi, quando erano studenti di scuola, si saranno divertiti a osservare la limatura di ferro, sopra un foglio di carta, danzare sotto l'effetto di un magnete. Un vecchio espediente per attirare l'attenzione e poter spiegare il fenomeno del magnetismo. Fino a ora sapevamo che i materiali magnetici sono solidi e che le loro proprietà sono utilizzate in campi strettamente tecnologici fino ad arrivare in ambito medico, con la risonanza magnetica. E se si riuscisse a ottenere un magnete liquido? Le sue applicazioni potrebbero essere numerose ed è per questo che gli scienziati hanno cercato di realizzare, riuscendoci, il primo magnete in grado di cambiare forma.

 

I solidi magnetici e tanti tipi di magnetismo

 

Il minerale più conosciuto per le sue proprietà magnetiche è la magnetite, un ossido di ferro (Fe3O4). Questo materiale è definito ferromagnetico, in quanto in presenza di un campo magnetico è in grado di magnetizzarsi in maniera molto intensa e di mantenere questo stato anche dopo che l'azione del campo cessa, divenendo esso stesso un magnete. I materiali ferromagnetici sono comunemente solidi e con una forma fissa.
Esistono anche altri tipi di magnetismo. Un esempio è il paramagnetismo: in questo caso il materiale si magnetizza solo in presenza del campo magnetico, perdendo le proprietà magnetiche acquisite una volta allontanato il campo.

 

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Il primo tentativo di materiale magnetico non solido: i ferrofluidi

 

L'idea di realizzare un magnete fluido non è così recente come potremmo credere. Nei primi anni Sessanta gli scienziati della NASA scoprirono che potevano essere preparati dei liquidi in grado di magnetizzarsi in presenza di forti campi magnetici: i ferrofluidi, costituiti da nanoparticelle solitamente di ossido di ferro, sospese in un liquido. Quindi esistevano già i magneti liquidi? Non propriamente: in questo sistema fluido le nanoparticelle possono muoversi all'interno del liquido e, quando il campo magnetico viene rimosso, l'agitazione termica rende le particelle disordinate, impedendo una magnetizzazione permanente. Riprendendo i termini spiegati nel primo paragrafo riguardo il comportamento magnetico, i ferrofluidi presentano proprietà paramagnetiche. Questa volta, però, i ricercatori sono riusciti a realizzare un liquido ferromagnetico. Come? Capiamolo insieme.

 

Finalmente è stato realizzato un liquido magnetico

 

Come descritto nell'articolo pubblicato su Science e nell'approfondimento del New York Times Science a esso dedicato, gli studiosi hanno adoperato una stampante 3D speciale per produrre delle nanoparticelle di ossido di ferro. Quest'ultime state iniettate in gocce dell'ordine di grandezza del millimetro di toluene, un liquido incolore che non si dissolve in acqua, insieme a una sostanza simile al sapone. Il liquido così preparato è stato, quindi, sospeso in acqua. La sostanza simile al sapone ha fatto sì che le nanoparticelle di ossido di ferro si mettessero insieme sulla superficie delle gocce, creando un guscio semisolido. In seguito, il liquido con le gocce sospese è stato stato posto su un agitatore. Questo è uno strumento utilizzato in laboratorio per mescolare sostanze per mezzo dell'azione di una barretta magnetica, che inizia a girare non appena si aziona un campo magnetico attraverso una manopola che ne regola l'intensità. Acceso l'agitatore, gli scienziati hanno osservato i piccoli magneti liquidi seguire il campo del magnete solido. Una volta spento l'apparecchio - e cessato il campo magnetico esterno - le gocce sono rimaste magnetizzate: esattamente come si comporterebbe un materiale ferromagnetico.
A cosa serve un liquido ferromagnetico? Quali saranno le sue applicazioni pratiche? I magneti liquidi possono essere utili nel rilascio di farmaci in precise parti del corpo di un paziente e per realizzare soft robot che si muovano, cambino forma e afferrino oggetti, proprio grazie alla possibilità di poter guidare questi materiali con un magnete esterno.

 

Il progresso tecnologico non conosce ostacoli. Ve ne diamo un'altra dimostrazione nell'articolo di Leonida Antonio Gizzi, "Laser estremi e plasmi: un futuro brillante". Potete acquistarlo e leggerlo singolarmente o con l'intero numero di Sapere di ottobre 2018 in cui è stato pubblicato.

 

Credits immagine: foto di skeeze da Pixabay

copertina   settembre-ottobre 2019

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