Химики из Нью-Йоркского университета и университета Утрехта создали магнитные коллоидные частицы, способные самопроизвольно и обратимо собираться в микроскопические структуры. Образованием структур можно управлять с помощью магнитного поля и концентрации солей в растворе. Работа опубликована в журнале Journal of the American Chemical Society, краткий пересказ работы публикует сайт PhysOrg.com.
Коллоидные частицы состояли из двух компонентов - кубических магнитных частиц оксида железа и полимерного покрытия. Кубические частицы окружались капельками силиконового масла, так, что из-за поверхностного натяжения одна сторона куба находилась на поверхности капли. Эту часть поверхности получившейся частицы авторы называли “магнитной заплаткой”. На финальной стадии силиконовое масло полимеризовывалось и частицы затвердевали.
Ученые могли регулировать размер капель, в которые погружались магнитные кубики. В зависимости от объема капли изменялось соотношение между поверхностью магнитной заплатки и общей поверхностью частицы. Это соотношение определяло характер структур, которые образовывали коллоидные частицы. Если полимерная часть была достаточно большой, то частицы из-за пространственных затруднений могли образовывать только димеры. Частицы с меньшим объемом полимера образовывали треугольные тримеры.
Ученые также научились создавать частицы с двумя магнитными кубиками, заключенными в капле полимера. Такие шарики с двумя “заплатками” собирались в линейные тримеры.
Образование коллоидных структур из частиц контролировали силы магнитного притяжения между “магнитными заплатками” и электрического отталкивания между одинаково заряженными поверхностями полимера. Увеличивая концентрацию солей в растворе, где находились частицы, исследователи могли уменьшать силы отталкивания и способствовать образованию структур.
Образование димеров и тримеров происходило в отсутствии внешнего магнитного поля. Если же к коллоидному раствору прикладывалось магнитное поле, димеры и тримеры распадались и частицы собирались в длинные нитчатые структуры. При большой концентрации они складывались в слои. Таким образом, включением внешнего магнитного поля ученые были способны изменять структуры коллоидного раствора.
Исследователи планируют использовать разработанные технологии для создания коллоидных жидкостей с контролируемым образованием внутренней структуры. Ученые собираются научиться создавать коллоидные частицы с контролируемым количеством нескольких магнитных заплаток, поскольку это, по их словам, позволит создавать различные структуры просто изменяя в смеси соотношения между количеством разных частиц.