Magnetické kvapaliny

   Magnetické kvapaliny sú moderné materiály, ktoré priťahujú pozornosť vedeckých pracovníkov z rôznych vedeckých odborov. Tieto materiály sa vyznačujú mnohými zaujímavými, mnohokrát prekvapujúcimi vlastnosťami, ktoré umožňujú ich rôzne technické aplikácie. Otvorenou otázkou už dlhé roky ostáva existencia prírodného kvapalného magnetu. Magnetické kvapaliny sa stali určitým kompromisom snahy vyrobiť materiál, ktorý má magnetické vlastnosti a je v kvapalnom stave. Magnetické kvapaliny sú koloidné disperzie jemných magnetických častíc v kvapalinovom nosiči, ktoré spájajú kvapalné a magnetické vlastnosti. Tieto vlastnosti sú veľmi zaujímavé z hľadiska základného výskumu ale aj z hľadiska ich technických aplikácii. Podobné vlastnosti preukazujú aj kompozitné systémy magnetických kvapalín s nemagnetickými časticami, ktoré získame pridaním malých častíc nemagnetických látok do magnetických kvapalín. Doteraz bolo iba o magnetických kvapalinách publikovaných viac než 3000 patentov a viac než 6000 vedeckých prác, ktorých pribúda každým rokom. Napriek tomu vedecké poznanie magnetických kvapalín a kompozitných systémov magnetických kvapalín s nemagnetickými časticami nie je v súčasnosti zďaleka ukončené.

   Začiatkom 60-tych rokov bolo vyvinuté veľké úsilie zamerané na vývoj kvapalného materiálu, ktorého vlastnosti môžu byť silne ovplyvňované pomerne slabým magnetickým poľom. Očakávalo sa, že takýto materiál, ktorý umožňuje ovládanie svojich fyzikálnych vlastností vo veľkom rozsahu riadenou magnetickou silou, prinesie veľké množstvo nových aplikácií. Všetky dovtedy známe materiály mali Curieho bod hlboko pod bodom ich topenia, preto strácali svoje feromagnetické vlastnosti skôr, než sa dostali do kvapalného stavu. V roztokoch paramagnetických solí, ktoré sú v magnetických poliach s intenzitou 40 kA/m a gradientom okolo 10⁶ A/m², pôsobia sily s objemovou hustotou rádu 50 N/m³. Zdrojmi pre polia s uvedenou intenzitou a gradientom môžu byť Helmholtzove cievky. Vyššie spomenutá objemová hustota sily je o tri rády menšia než hustota gravitačnej sily, preto tieto roztoky nie sú použiteľné v technickej praxi. Papell [1] prvý realizoval s úspechom stabilnú disperziu magnetických nanočastíc vo vhodnom kvapalinovom nosiči. Tieto disperzie, ktoré sa nazývajú magnetickými kvapalinami, sa správajú ako kvapaliny so superparamagnetickými vlastnosťami. To znamená, že pomerne slabé magnetické polia môžu vyvolať v nich magnetické sily, ktoré sú porovnateľné s gravitačnými silami. Krátko po objave metódy prípravy magnetických kvapalín sa úsilie sústredilo na vývoj kvapalín s dlhodobou koloidálnou stabilitou a reprodukovateľnými vlastnosťami. Paralelne s ďalším vývojom a vylepšovaním magnetických kvapalín boli publikované ich aplikačné možnosti, z ktorých niektoré získali vysokú komerčnú dôležitosť.

   Najdôležitejšou vlastnosťou magnetických kvapalín je kombinácia ich kvapalného správania sa s ich superparamagnetickými vlastnosťami. Magnetické častice so stredným priemerom 10 nm sa môžu považovať za magneticky monodoménové častice [3]. Preto ich usporiadanie vo vonkajšom magnetickom poli bude určené navzájom opačným pôsobením tepelnej energie a magnetickej energie častice, ktorú môžeme považovať za dipól nachádzajúci sa v magnetickom poli.