Des scientifiques ont découvert comment fabriquer un aimant à partir d’un liquide, en suspendant des particules d’oxyde de fer dans un mélange d’huile et d’eau.

GIF d’entête : des nanoparticules d’oxyde de fer magnétisées en permanence gravitent les unes vers les autres à l’unisson. (Xubo Liu et coll./ Berkeley Lab)

Le magnétisme du liquide peut être créé par un champ extérieur, et même lorsqu’il est déformé/ écrasé il conserve son magnétisme.

Selon Tom Russell, de l’université du Massachusetts (États-Unis), coauteur des travaux publiés cette semaine, la capacité de fabriquer des aimants qui peuvent être façonnés pour remplir un espace ou transformés en une configuration particulière par une force magnétique externe ouvre une multitude de possibilités.

Selon Russell :

Nous avons imprimé en 3D un cylindre pour le papier, mais je pourrais faire quelque chose qui a la forme d’une pieuvre, avec des bras qui ressemblent à des hélices, qui peuvent être utilisés pour propulser les choses à travers les liquides.

Ou, c’est vraiment tiré par les cheveux, mais je peux concevoir de faire quelque chose que j’appelle un liquebot, un petit homme avec des bras et des jambes magnétiques qui peut marcher et attraper quelque chose.

Les scientifiques tentaient de faire un liquide avec du magnétisme temporaire, un effet connu sous le nom de paramagnétisme.

Cependant, ils étaient stupéfaits lorsque les gouttelettes de liquide continuaient à « danser » après le retrait de l’aimant externe : d’une certaine manière, elles étaient devenues magnétiques en permanence, ou ferromagnétiques.

Ensemble de gouttelettes magnétiques de 1 millimètre : Les gouttelettes vertes fluorescentes sont paramagnétiques sans nanoparticules bloquées à l’interface liquide ; les rouges sont paramagnétiques avec des nanoparticules non magnétiques bloquées à l’interface ; les marrons clairs sont ferromagnétiques avec des nanoparticules magnétiques bloquées à l’interface. (Xubo Liu et coll./ Berkeley Lab)

Colorant rouge montrant la configuration hydrodynamique de l’écoulement de l’huile lorsque les gouttelettes de liquide ferromagnétique forment une configuration en rotation en réponse à la rotation d’un aimant en forme de barre sous l’ensemble (non visible). (Berkeley National Lab/ Xubo Liu)

Toujours selon Russell :

Nous n’arrivions presque pas à y croire. Avant notre étude, les gens ont toujours pensé que les aimants permanents ne pouvaient être fabriqués qu’à partir de solides.

L’idée de mettre en suspension de petites particules solides de matière magnétique dans un liquide pour former un ferrofluide, qui répond à un champ magnétique, n’est pas nouvelle. Cependant, chaque fois que le champ magnétique était éliminé, les particules magnétiques se réalignaient pour annuler leurs champs individuels, comme des barres d’aimants qui s’emboîtent tête-bêche.

La différence dans cette expérience est que les nanoparticules sont dans un mélange d’huile et d’eau. Chaque particule d’oxyde de fer est enrobée de molécules qui se lient à l’eau, via des groupes carboxyle, tandis que l’huile contient une molécule tensioactive avec un groupe amine qui aime se relier au groupe carboxyle.

Il en résulte des gouttelettes d’eau en suspension dans l’huile, dont la surface est recouverte de particules magnétiques d’oxyde de fer. Mais comment cela conduit à un aimant permanent demeure un mystère.

L’attraction des particules magnétiques à la surface tend à déformer les gouttelettes, ce qui augmente la surface et permet à un plus grand nombre de particules de s’y rendre. Cela crée un embouteillage autour de la gouttelette qui la maintient déformée. L’asymétrie peut alors maintenir le champ magnétique pendant que les particules sont bloquées sur place.

Selon Russell :

Mais ce que je ne comprends pas bien, c’est que si vous mesurez son champ, c’est comme si toutes les particules à l’intérieur de la gouttelette participaient, même celles qui se trouvent dans le liquide, en se déplaçant. Si vous le divisez en plusieurs parties, le champ reste le même.

Cela signifie que la coquille coincée couple l’aimantation aux particules qui flottent à l’intérieur. Ne me demandez pas comment on fait ça, ce n’est pas un type d’accouplement standard – même les jockeys magnétiques sont déconcertés.

Les chercheurs prévoient de poursuivre leurs recherches au Laboratoire national Lawrence-Berkeley (Berkeley Lab) et dans d’autres laboratoires, afin de mettre au point des structures magnétiques liquides imprimées en 3D encore plus complexes, comme une cellule artificielle imprimée en liquide, ou de la robotique miniaturisée, qui se déplace comme une petite hélice, qui permet de délivrer, de manière non invasive et ciblée des médicaments thérapeutiques aux cellules atteintes.

L’étude publiée dans Science : Reconfigurable ferromagnetic liquid droplets et présentée sur le site du Laboratoire national Lawrence-Berkeley : New Laws of Attraction: Scientists Print Magnetic Liquid Droplets.