وبلاگ در باره دانشمندان مغناطیس لاستیکی را برای کاربردهای مواد پیشرفته بررسی می کنند

تصور کنید آهنرباهای رنگارنگی که به در یخچال شما چسبیده اند، لیست خرید و عکس های خانوادگی را نگه می دارند. آیا تا به حال فکر کرده اید که چه چیزی به این اشیاء نرم و انعطاف پذیر خاصیت مغناطیسی می دهد؟ لاستیک، ماده رایجی که از آن ساخته شده اند، به طور طبیعی مغناطیسی نیست. پس چگونه این وسایل روزمره به سطوح فلزی می چسبند؟ این مقاله علم پشت لاستیک مغناطیسی را بررسی می کند، از ساختار میکروسکوپی آن تا کاربردهای عملی.

هم لاستیک طبیعی و هم لاستیک مصنوعی فاقد خواص مغناطیسی ذاتی هستند. ساختار مولکولی لاستیک از زنجیره های پلیمری بلند تشکیل شده است که پیچ خورده و در هم تنیده شده اند و به ماده خاصیت کشسانی و انعطاف پذیری می بخشد. با این حال، عناصری که لاستیک را تشکیل می دهند و آرایش مولکولی آن، از تولید مغناطیس جلوگیری می کند. به عبارت ساده، ساختار اتمی و پیکربندی الکترونی لاستیک از تشکیل میدان های مغناطیسی ماکروسکوپی پشتیبانی نمی کند.

اگر لاستیک به طور طبیعی مغناطیسی نیست، چگونه محصولات لاستیکی مغناطیسی ایجاد می شوند؟ راز در افزودن مواد مغناطیسی در حین تولید نهفته است. رایج ترین روش شامل مخلوط کردن ذرات مغناطیسی ریز - معمولاً مگنتیت (Fe ₃ O ₄ ) - در لاستیک مایع در طول فاز اختلاط است.

تصور کنید پودر مگنتیت را در لاستیک مایع مخلوط می کنید، مانند اضافه کردن دانه های کنجد به آرد. سپس مخلوط را در قالب ها می ریزند و تحت ولکانیزاسیون قرار می دهند، جایی که لاستیک جامد می شود. اگر یک میدان مغناطیسی قوی در طول این فرآیند اعمال شود، ذرات مگنتیت در جهت میدان هم تراز می شوند. پس از پخت، این ذرات در موقعیت خود در داخل ماتریس لاستیکی ثابت می مانند و مغناطیس ضعیف اما دائمی ایجاد می کنند.

این فرآیند شبیه نحوه ساخت محصولات مغناطیسی انعطاف پذیر مانند آهنرباهای یخچال و علائم خودرو است. تولیدکنندگان می توانند قدرت و جهت گیری مغناطیسی را با تنظیم نوع، کمیت و توزیع ذرات مغناطیسی، همراه با شدت میدان اعمال شده، کنترل کنند.

• تبلیغات: آهنرباهای یخچال و تابلوهای وسایل نقلیه که به راحتی به سطوح فلزی می چسبند
• آموزش و دفتر: پازل های مغناطیسی، نشانک ها و ابزارهای یادگیری که امکان استفاده تعاملی را فراهم می کنند
• لوازم خانگی: واشرهای لاستیکی مغناطیسی برای در یخچال و دوش که عایق را بهبود می بخشد
• فناوری: سنسورهایی برای تشخیص موقعیت، سرعت یا سایر پارامترهای مکانیکی
• مراقبت های بهداشتی: محصولات درمانی مانند بریس و تشک مغناطیسی برای تسکین درد

برای درک کامل رابطه لاستیک با مغناطیس، باید مفاهیم اساسی مواد را بررسی کنیم:

کشش در مقابل پلاستیسیته: مواد الاستیک پس از تغییر شکل به شکل اولیه خود باز می گردند، در حالی که مواد پلاستیکی مقداری تغییر شکل را حفظ می کنند. لاستیک نمونه ای از کشش است، در حالی که پلاستیک ها پلاستیسیته را نشان می دهند.

پسماند: این پدیده نحوه عقب ماندن خواص فیزیکی یک ماده (مانند مغناطیس یا تغییر شکل) از شرایط خارجی در حال تغییر (مانند میدان های مغناطیسی یا تنش) را توصیف می کند. در لاستیک، پسماند زمانی ظاهر می شود که کشش وجود دارد - تغییر شکل به طور خطی با نیروی اعمال شده همبستگی ندارد و کشش مکرر باعث ایجاد گرما از اتلاف انرژی می شود.

مواد مغناطیسی در سطح اتمی: مغناطیس از رفتار الکترون ها سرچشمه می گیرد. چرخش الکترون و حرکت مداری، گشتاورهای مغناطیسی ایجاد می کنند که هم ترازی آنها خواص مواد را تعیین می کند. مواد فرومغناطیسی (آهن، نیکل، کبالت) دارای گشتاورهای خود به خودی هستند که میدان های قوی ایجاد می کنند. مواد پارامغناطیسی فقط به طور ضعیف تحت میدان های خارجی هم تراز می شوند، در حالی که مواد دیامغناطیسی میدان های مغناطیسی را دفع می کنند.

با پیشرفت فناوری، کاربردهای لاستیک مغناطیسی همچنان در حال گسترش است. محققان در حال توسعه نسخه های پیشرفته برای سنسورها و محرک های با کارایی بالا هستند. نوآوری های دیگر، لاستیک مغناطیسی را با مواد بیولوژیکی برای کاربردهای پزشکی مانند سیستم های کنترل شده تحویل دارو یا داربست های مهندسی بافت ترکیب می کنند.

• آزمایش آهنربا: مستقیم ترین رویکرد - اگر یک آهنربا، شیء لاستیکی را جذب کند، حاوی مواد مغناطیسی است.
• چسبندگی فلز: بررسی کنید که آیا لاستیک می تواند اشیاء فلزی کوچکی مانند گیره کاغذ را بردارد یا خیر.
• بازرسی بصری: برخی از محصولات لاستیکی مغناطیسی ذرات مغناطیسی قابل مشاهده ای را روی سطح خود نشان می دهند.

توجه داشته باشید که برخی از لاستیک های غیر مغناطیسی ممکن است حاوی فلزات ردیابی باشند که باعث جذب ضعیف می شود. برای ارزیابی دقیق، این روش ها را با مشخصات محصول ترکیب کنید.

فراتر از مغناطیس، خواص عایق عالی لاستیک، آن را برای کاربردهای الکتریکی ارزشمند می کند. ساختار مولکولی آن فاقد الکترون های آزاد است و از جریان جلوگیری می کند - ایده آل برای پوشش سیم، دستکش عایق و تشک های محافظ.

با این حال، عایق مطلق نیست. ولتاژهای شدید می توانند بر مقاومت هر ماده غلبه کنند و عوامل محیطی مانند دما و رطوبت بر عملکرد تأثیر می گذارند. لاستیک قدیمی ممکن است ترک بخورد و عایق را به خطر بیندازد، بنابراین نگهداری مناسب ایمنی را تضمین می کند.

جالب اینجاست که تولیدکنندگان می توانند لاستیک را با افزودن موادی مانند کربن سیاه یا پودرهای فلزی، برای هدایت الکتریسیته اصلاح کنند. این لاستیک های رسانا در صفحه کلیدهای الکترونیکی، محصولات ضد الکتریسیته ساکن و الکترونیک های انعطاف پذیر نوظهور استفاده می شوند.

خواص غیر مغناطیسی ذاتی لاستیک، پتانسیل آن را محدود نمی کند. از طریق نوآوری های علم مواد، می توانیم لاستیک را با قابلیت های مغناطیسی یا رسانا آغشته کنیم و در عین حال انعطاف پذیری آن را حفظ کنیم. با پیشرفت تحقیقات، مواد مبتنی بر لاستیک به توانمندسازی فناوری های جدید در سراسر صنایع ادامه خواهند داد و سازگاری فوق العاده این ماده رایج را نشان می دهند.