Les ferrofluides ne sont pas nouveaux ; il s’agit d’ensembles de nanoparticules ferromagnétiques adoptant différentes conformations en présence d’un champ magnétique. Mais lorsque ce champ magnétique disparaît, le liquide retrouve son état amorphe. Pour la première fois, des chercheurs ont réussi à mettre au point un liquide magnétique permanent. Une prouesse qui pourrait ouvrir la voie à différentes applications.
Nous pensons généralement que les aimants sont solides, déclare l’auteur principal Thomas Russell, professeur de science et d’ingénierie des polymères à l’Université du Massachusetts. Mais maintenant, nous savons que « nous pouvons fabriquer des aimants liquides qui peuvent adopter différentes formes – et ces formes ne dépendent que de vous ». L’étude a été publiée dans la revue Science.
Russell et son équipe ont créé ces aimants liquides par accident, alors qu’ils expérimentaient des liquides d’impression 3D au laboratoire national Lawrence Berkeley (où Russell est également chercheur universitaire). L’objectif était de créer des matériaux solides mais présentant les caractéristiques des liquides pour diverses applications énergétiques.
Une découverte inattendue
Un jour, Xubo Liu a remarqué un matériau imprimé en 3D, composé de particules magnétisées appelées oxydes de fer, tournant à l’unisson sur une plaque d’agitation magnétique. Ainsi, lorsque l’équipe a réalisé que l’ensemble de la construction, et pas seulement les particules, était devenue magnétique, ils ont décidé d’étudier le phénomène plus avant.
En utilisant une technique d’impression 3D de liquides, les scientifiques ont créé des gouttelettes millimétriques à partir d’eau, d’huile et d’oxydes de fer. Les gouttelettes de liquide conservent leur forme, car certaines des particules d’oxyde de fer se lient aux tensioactifs, des substances qui réduisent la tension superficielle d’un liquide. Les surfactants créent un film autour de l’eau liquide, avec des particules d’oxyde de fer créant une partie de la barrière pelliculaire, et le reste des particules enfermées à l’intérieur, explique Russell.
L’équipe a ensuite placé les gouttelettes de taille millimétrique près d’une bobine magnétique pour les magnétiser. Mais quand ils ont enlevé la bobine magnétique, les gouttelettes ont démontré un comportement encore jamais observé dans les liquides — elles sont restées magnétisées (il existe des liquides magnétiques appelés ferrofluides, mais ces liquides ne sont magnétisés qu’en présence d’un champ magnétique).
Un liquide magnétique permanent aux applications diverses
Lorsque ces gouttelettes se sont approchées d’un champ magnétique, les minuscules particules d’oxyde de fer se sont toutes alignées dans la même direction. Et une fois le champ magnétique éliminé, les particules d’oxyde de fer liées au tensioactif dans le film étaient si bien contenues qu’elles ne pouvaient plus se déplacer et restaient ainsi alignées. Celles qui flottaient librement à l’intérieur de la gouttelette restaient également alignés.
Sur le même sujet : Les hystérons à l’origine de la ferroélectricité des matériaux ont enfin été mis en évidence
Les chercheurs ne comprennent pas encore précisément le mécanisme qui sous-tend le phénomène. Une fois maîtrisé, de nombreuses applications pourront être réalisées. Par exemple, Russell imagine imprimer un cylindre avec un milieu non magnétique et deux capuchons magnétiques. « Les deux bouts se rejoindraient comme un aimant en fer à cheval » et seraient utilisés comme « mini grappin ».
Dans une application encore plus bizarre, Russell image une mini-personne liquide — une version à plus petite échelle du liquide T-1000 du deuxième film « Terminator ». Certaines parties de cet homme liquide miniature seraient magnétisées tandis que d’autres ne le seraient pas. Un champ magnétique externe pourrait alors forcer la petite personne à bouger ses membres comme une marionnette.
Dans cette vidéo, les chercheurs expliquent leur découverte :