액체자석 Ferrofluid

 

 

 

위 작품은 Sachiko Kodama와 Yasushi Miyajima 두 사람이 액체자석을 이용하여 공동작업한 작품입니다. 음악이 시작되면 두 개의 나선형 타워의 자성이 변하게 되고 이에 따라 액체자석의 다양한 형태를 확인할 수 있습니다.

 

 

다음은 액체자석에 대한 설명입니다.

 

Ferrofluid란 '액체 자석'으로, 강자성을 띠는 입자인 자성 나노입자로 구성되어 있습니다. 대표적인 자성 나노입자의 예로는 산화철 (Fe2O3, Fe3O4), 페라이트 (CoFe204, MnFe2O4) 등이 있습니다. 그리고 이것들이 모이면 자성 분말이 됩니다. 그리고 이 자성 분말은 '브라운 운동'을 하게 됩니다.

 

* 브라운 운동 (Brownian Motion): 액체나 기체 안에 떠서 움직이는 미소입자의 불규칙한 운동. 물체가 전체적으로는 움직이지 않는 평행상태라도 물체를 이루는 미소입자는 열운동을 하고 있어서 다른 미소입자와 부딪치면서 병진운동을 하기 때문에 일어나는 현상. 1827년, 영국의 식물학자 R. 브라운이 물에 떠 있는 꽃가루에서 나온 작은 입자의 운동을 발견한 것이 시초. (예) 물에 떠 있는 꽃가루의 운동, 냄새의 확산 현상.

 

실질적으로 응용할 때는 자성 분말을 액체에 분산시킨, 즉 '액체 자석 (ferrofluid)' 형태로 응용합니다. 이유가 뭐냐고요? 이렇게 액체 형태로 만들어야 자기장이 있는 부분만 자기력선을 따라서 뾰족하게 솟아오르게 되는 흥미로운 현상이 나타날 수 있기 때문입니다. 바로 아래의 사진처럼요.

 

 

 

맨 위에 고슴도치처럼 삐죽삐죽 되어 있는 게 바로 '액체 자석'! 유리판 바로 밑에 있는 게 바로 막대자석입니다. 예쁨을 넘어 신비롭지 않나요?

그렇다면 액체 자석의 장점은 과연 무엇일까요? 짐작하신 분들도 있겠지만, 바로 비용적, 실용적이란 겁니다.

1. 비용적 측면: 산업적으로 활용할 가능성을 고려할 시, 전기를 이용한 기계나 장치가 전반적이기 때문에 자기장을 띤 액체 자석을 활용하면 비용면에서 상대적으로 저렴하게 이용할 수 있습니다.

 

2. 실용적 측면: 자기장이 있는 부분만 자기력선을 따라가기 때문에, 자기장의 세기와 방향을 변화시킴으로써 자유자재로 조종할 수 있습니다.

단!!!!! 자성 입자들이 잘 분사되어 있어야 하기 때문에 계면활성제(surfactant) 혹은 자성입자 표면에 탄화수소 고리를 접착해야 합니다.

 

그렇다면 액체 자석은 현재 어떤 분야에 쓰이고 있을까요?

현재, 의료계에서는 MRI에도 쓰이고 위조방지를 위한 자기잉크 (magnetic ink)도 액체 자석이며, 스피커에도 쓰여 소리를 좀더 부드럽게 만들어줍니다.

또한, 자성 입자는 굴절률이 높기 때문에 광학적인 응용도 연구되고 있습니다. 최근에는 광결정 (photonic crystal)을 자성 입자로 만들어 자기장을 통해 그것을 조종하는 것이 이슈가 되고 있습니다.