Ученые НИИ механики МГУ исследовали левитацию намагничивающегося тела в капле магнитной жидкости во внешнем однородном магнитном поле. Работа поддержана грантом РНФ № 20-71-10002, результаты опубликованы в журнале Journal of Magnetism and Magnetic Materials.

Управление твердыми телами и каплями жидкости с помощью магнитного поля является перспективным методом решения различных современных исследовательских и инженерных задач: от адресной доставки лекарств и микроробототехники до подготовки образцов клеток и тканевой инженерии. Также контроль микрокапель особенно важен при конструировании микрофлюидных устройств. Обычно, когда при манипулировании каплями используется магнитная левитация, сами капли взвешиваются в окружающей среде с помощью магнитного поля. Например, в достаточном сильном магнитном поле возможна левитация капель магнитной жидкости в воздухе, а при решении задач тканевой инженерии магнитное поле позволяет взвесить и собрать клетки, обработанные магнитными наночастицами, в многоклеточные сфероиды или кольца на границе раздела воздуха и жидкой среды. Однако, как показали ученые МГУ, даже тяжелые твердые тела можно заставить левитировать в каплях магнитной жидкости.

Левитация тел в объеме магнитной жидкости известна достаточно давно: еще в 1966году основоположник феррогидродинамики Рональд Розенцвейг впервые экспериментально продемонстрировал левитацию магнита в стакане с магнитной жидкостью. С тех пор способность тел левитировать в сосудах с магнитной жидкостью подробно изучена, однако левитацию в малых объемах магнитной жидкости со свободной поверхностью, то есть в каплях, впервые начал изучать именно коллектив сотрудников лаборатории физико-химической гидродинамики НИИ механики МГУ.

«Мы показали, как положением тела в капле магнитной жидкости, лежащей на горизонтальной плоскости, можно управлять путем наклона внешнего однородного магнитного поля. А также численно и экспериментально исследовали влияние таких параметров, как величина, направление магнитного поля, угол смачивания и объем капли, на высоту левитации тела», – поясняет один из авторов работы, научный сотрудник Александра Виноградова.

Результаты настоящей работы интересны как с научной точки зрения, так и в прикладном плане. Они вносят вклад в понимание сил, которые действуют в однородных магнитных полях на намагничивающиеся тела, находящиеся в объеме магнитной жидкости. Также они могут быть использованы при разработке магнитоуправляемых устройств.