Spinning a Liquid Wheel and Driving Surface Thermomagnetic Convection with Light

热磁对流 磁流体 材料科学 对流 自然对流 马朗戈尼效应 机械 磁场 物理 量子力学
作者
Laichen Liu,Feng Lin,Chengzhen Qin,Zhong Hong,Tian Tong,Runjia Li,Yan Hongzhen,Qiaozhen Wang,Peihang Li,Dong Liu,Chong Wang,Jiming Bao,Zhiming Wang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (7)
标识
DOI:10.1002/adma.202306756
摘要

A typical Tesla thermomagnetic engine employs a solid magnetic wheel to convert thermal energy into mechanical energy, while thermomagnetic convection in ferrofluid is still challenging to observe because it is a volume convection that occurs in an enclosed space. Using a water-based ferrofluid, a liquid Tesla thermomagnetic engine is demonstrated and reports the observation of thermomagnetic convection on a free surface. Both types of fluid motions are driven by light and observed by simply placing ferrofluid on a cylindrical magnet. The surface thermomagnetic convection on the free surface is made possible by eliminating the Marangoni effect, while the spinning of the liquid wheel is achieved through the solid-like behavior of the ferrofluid under a strong magnetic field. Increasing the magnetic field reveals a transition from simple thermomagnetic convection to a combination of the central spin of the spiky wheel surrounded by thermomagnetic convection in the outer region of the ferrofluid. The coupling between multiple ferrofluid wheels through a fluid bridge is further demonstrated. These demonstrations not only unveil the unique properties of ferrofluid but also provide a new platform for studying complex fluid dynamics and thermomagnetic convection, opening up exciting opportunities for light-controlled fluid actuation and soft robotics.
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