El líquido magnético

En otras ocasiones, los investigadores buscan soluciones concretas a determinados problemas y pueden acabar con un resultado que no se aplica al problema pero abre nuevas avenidas para la ciencia, la técnica y el arte. Es lo que ocurrió con los llamados ferrofluidos.

En el desarrollo del proyecto espacial de los Estados Unidos, uno de los problemas a los que se enfrentaron los diseñadores fue el de hacer que muchos procesos para los cuales dependemos de la gravedad pudieran funcionar eficazmente en caída libre. Uno de ellos era el movimiento de líquidos, en particular combustibles, y una de las ideas para conseguirlo fue del ingeniero Steve Papell, que propuso añadir nanopartículas magnéticas al combustible para poderlo controlar mediante campos magnéticos. El prototipo de su idea se hizo realidad en 1963. Pero el sistema nunca se utilizó para el combustible de cohetes. Otras soluciones fueron más prácticas y los ferrofluidos pasaron a otro tipo de aplicaciones.

Los ferrofluidos están formados por tres elementos. El primero son partículas magnéticas de unos pocos nanómetros (milésimas de millonésimas de metro). Las partículas de hierro a esos tamaños se comportan como imanes, lo cual es esencial para el efecto, y son las primeras que se utilizaron, dando su nombres a los fluidos aún cuando no todos los actuales están hechos de hierro. El segundo es un medio, que puede ser aceite, agua u otro líquido, en el cual se suspenden esas partículas de hierro, y el tercero es una especie de jabón o detergente, un surfactante que le da su calidad de coloide, motivo por el cual también se les conoce como coloides magnéticos.

En un coloide, partículas muy pequeñas de una sustancia están distribuidas uniformemente en otra sustancia, y las primeras no se pueden separar por filtrado o centrifugado. Tal es el caso de los geles y las emulsiones. Sin el surfactante, las partículas de hierro se podrían separar fácilmente del aceite en el que se les coloca, ya sea centrifugando o simplemente con un imán. Las moléculas del surfactante, como cualquier detergente, tienen dos extremos, uno que se une a una molécula de aceite y otro que se une a una partícula de hierro. Debido a ello, las partículas de hierro no se pueden unir entre ellas y se obtiene esa suspensión uniforme que le da sus asombrosas propiedades.

Estas propiedades se hacen evidentes cuando el ferrofluido, que tiene el aspecto y tacto de un aceite viscoso, un líquido negro espeso y altamente reflejante, se ve sometido a un fuerte campo magnético. Lo primero que llama la atención es que ante una fuerte atracción magnética, el líquido asume la forma de una media esfera de la que surgen protuberancias cónicas en forma de pinchos o espigas a distancias regulares. Estas formas se deben a la interacción de tres fuerzas simultáneas: la atracción magnética en sí, la gravedad y la tensión superficial del ferrofluido, que juntas hacen que estas atractivas formas sean la más eficiente adaptación a ellas.

Un cambio en la posición o potencia de la atracción magnética y los 'pinchos' ferrofluídicos se mueven, cambian de dirección o empiezan a 'fluir' hacia el imán o electroimán desafiando la gravedad como esperaba lograrlo Papell con el combustible. La capacidad de cambiar de forma se debe a que el ferrofluido es 'superparamagnético', y no adquiere una carga magnética permanente cuando se ve sometido a un imán (como sí conseguimos que lo haga un trozo de acero al mantenerlo junto a un imán). Gracias a ello, al mover los campos magnéticos se provocan movimientos en el ferrofluido que son, además, visualmente impactantes y atractivos.

Esto ha llevado a que estos fluidos sean utilizados por escultores y otros creadores de objetos en movimiento, para hacer piezas artísticas móviles de gran atractivo y movimientos que resultan misteriosos incluso para quien sabe cuáles son los principios físicos detrás de las cambiantes formas negras relucientes. Hay artistas totalmente dedicados a explorar estos materiales, como Eric Mesplé o Sachiko Kodama.

Alrededor de un imán, los ferrofluidos se comportan casi como un sólido, un pegamento que forma sellos muy efectivos, de modo que se utilizan como juntas aislantes en los discos duros informáticos, impidiendo que entren en ellos partículas de polvo que los inutilizarían, y en ruedas como las de los patinetes, además de usarse en potentes maquinarias hidráulicas también como sellos de gran eficacia. En los altavoces de alta gama, los electroimanes que los accionan suelen estar recubiertos de ferrofluidos que actúan como amortiguadores de las vibraciones, mejorando el sonido. Su capacidad amortiguadora está siendo explorada también en armaduras para fuerzas de seguridad, con ferrofluidos dentro de fibras huecas que no solo protegen contra golpes o proyectiles, sino que pueden usarse como férulas en el lugar de los hechos simplemente aplicando corriente para crear un campo magnético. Algunas posibles aplicaciones son incluso más evocadoras de la ciencia ficción. Aún queda mucho por saber sobre los ferrofluidos, la forma de controlarlos y las capacidades que tienen para distintas aplicaciones. Así como, a gran escala, se disponen en atractivas formas que utilizan los artistas, los físicos están analizando las formas que adoptan los ferrofluidos en distintas condiciones, temperaturas, cantidades y otras variables que pueden indicar usos futuros en diferentes disciplinas considerando su comportamiento tanto magnético como de líquidos.