Latvijas Zinātņu akadēmija

Akadēmiskās lekcijas

 

Elmārs Blūms, LU Fizikas institūts

MAGNĒTISKO ŠĶIDRUMU SILTUMFIZIKA
(Lekcija nolasīta 2005.gada 24.novembrī Latvijas Zinātņu akadēmijā)  

Lekcijas ilustrācijas

               (Att. 1.) Magnētiskie šķidrumi, dažreiz saukti arī par ferrošķidrumiem, ir jauni inteliģenti materiāli ar unikālām fizikālām īpašībām un plašām praktiskās izmantošanas iespējām. (Att. 2.) Tie ir ultradispersu ferro- vai ferrimagnētisku materiālu koloidāli šķīdumi dažādās nesējvidēs. Atkarībā no pielietošanas apstākļiem, kā nesējšķidrumu izvēlas ogļūdeņražus, minerālās vai sintētiskās eļļas, poliēsterus, bet bioloģisku pielietojumu gadījumā arī ūdeni. Sarežģītākā problēma ferrošķidrumu radīšanā ir supermazu daļiņu sintēze un nanodispersiju stabilizēšana. Vienlaikus ar vispārzināmām koloidālās stabilitātes problēmām papildus jārisina specifiski uzdevumi, kas saistīti ar nanodaļiņu savstarpējo magnētisko mijiedarbību. Ferrokoloīdu ilgstošu stabilitāti var nodrošināt vienīgi tādā gadījumā, ja magnētisko daļiņu izmērs nepārsniedz 8 – 10 nm, un ja izmanto jaunākās stēriskās vai elektriskās stabilizācijas metodes. (Att. 3.) Nanokoloīdi ir superparamagnētiski šķidrumi, bez ārēja lauka tie, līdzīgi parastajiem mīkstiem magnētiskiem materiāliem, nav magnetizēti. Ievietojot ārējā laukā, ferrokoloīdi magnetizējas tāpat kā dabiskie paramagnētiskie šķidrumi vai gāzes. Starpība vienīgi tā, ka nanodaļiņu magnētiskie momenti ir tūkstošiem reižu lielāki kā paramagnētiskajām molekulām vai joniem. Tāpēc pat samērā vājos laukos var sasniegt koloīda piesātinājuma magnetizāciju, kas parastajos paramagnētiķos panākams vienīgi pie ļoti zemas temperatūras.

            Makroskopiskā mērogā ferrokoloīdi ir līdzīgi ikdienā lietotajiem vidējas viskozitātes šķidrumiem. Toties ievietojot ārējā laukā, ferrošķidrumos novērojamas dažādas, bieži vien visai negaidītas parādības. Piemērām, pat ar nelielu magnētisko lauku var izsaukt specifiskas šķidruma virsmas nestabilitātes (Att. 4.). Uz brīvas virsmas tai perpendikulārs magnētiskais lauks rada savdabīgu pīķveida struktūru. Ja koloīds daļēji aizpilda plakanu slāni starp nemagnētiskām plāksnītēm, normālā laukā veidojas sarežģītas labirintveidīgas struktūras (Att. 5.). Šo parādību izskaidrošanā lieli nopelni ir LZA, tagad LU, Fizikas institūta speciālistiem (A. Gailītis, A. Cēbers, M. Majorovs). Vēl viens piemērs: ap ķermeni, kas iegremdēts magnētiskajā šķidrumā, pat izotermiskos apstākļos var izraisīt intensīvu magnētisko konvekciju. Šī no enerģētiskā viedokļa it kā neiespējamā parādība tika prognozēta un eksperimentāli apstiprināta mūsu Fizikas institūtā (J. Čuhrovs, A. Rimša), zinātniskajā literatūrā tā ieguvusi nosaukumu ”Čuhrova konvekcija”.

            Tomēr ne jau ferrokoloīdu eksotiskās īpašības izsaukušas dažādu nozaru speciālistu interesi par jaunajiem materiāliem. Magnētiskajiem šķidrumiem piemīt plašas praktiskās pielietošanas iespējas. Sākotnēji tos izmantoja galvenokārt dažādās specifiskās ierīcēs, piemēram, hermetizācijas vajadzībām kosmosā un vakuuma tehnoloģijā, bet pamazām, pateicoties koloīdu tehnoloģijas attīstībai un pazeminoties to ražošanas izmaksām, magnētiskos šķidrumus sāk pielietot arī plaša patēriņa ierīcēs.

            Viens no visplašākajiem ferrošķidrumu pielietojumiem kopš deviņdesmitajiem gadiem ir personālo datoru Vinčestera tipa atmiņas disku hermetizēšana (Att. 6.). Diskā ierakstītās informācijas magnētiskā struktūra ir visai smalka un noņēmējgalviņa ļoti neliela, tādēļ atmiņas iekārtā nepieciešams uzturēt ārkārtīgi augstu apkārtējās vides tīrība. Vinčestera hermetizāciju lieliski nodrošina tā rotācijas vārpstas miniatūrs un mazas berzes ferrošķidruma blīvslēgs.

            Otrs plaši izplatīts pielietojums ir saistīts ar elektroakustiku (Att. 7.). Ideja par magnētisko šķidrumu izmantošanu skaļruņos tika izvirzīta apmēram pirms 25 gadiem. Viens no pionieriem šo pētījumu attīstībā bija arī mūsu Fizikas institūts. Iepildot ferrošķidrumu elektrodinamisko skaļruņu magnēta spraugā, tiek sasniegti vairāki mērķi. Vispirms, pateicoties koloīdu labai siltumvadītspējai, jūtami uzlabojas akustiskā elementa dzesēšana. Arī ferrošķidrumu viskozitāte ir ievērojami augstāka kā gaisam, tādējādi rodas iespēja novērst dažādas parazītiskas rezonanses parādības un uzlabot skaļruņu akustisko kvalitāti. Bez tam, pateicoties magnētiskiem spēkiem, atvieglojas akustiskās spolītes centrēšana skaļruņa spraugā. Visas šīs priekšrocības ir ļoti būtiskas lieljaudas skaļruņos rokgrupu un brīvdabas pasākumu apskaņošanai, kā arī automašīnu audio iekārtās, kas pakļautas pastiprinātai vibrācijai.

            Lai raksturotu plašo magnētisko šķidrumu pielietojumu spektru, kā trešo piemēru minēšu ferrokoloīdu un nanodaļiņu izmantošanu bioloģijā un medicīnā (Att. 8.). Šai jomā gan izšķiroši plaši pielietojami rezultāti vēl nav sasniegti, bet dažādu nozaru speciālisti strādā pie vairākiem interesantiem priekšlikumiem. Viens no tiem ir saistīts ar asins augstgradienta magnētisko separāciju. Kā zināms, hemoglobīna dažādām modifikācijām ir atšķirīgas magnētiskās īpašības: oxi- un deoxihemoglobīns ir diamagnētiski, bet methemoglobīns un karboksihemoglobīns – paramagnētiski. Tas rada priekšnoteikumus, lai eritrocītu magnētiskās separācijas mērījumus izmantotu klīniskām vajadzībām (eritrocītu ”magnētiskā grimšanas reakcija”). Ir parādīts, ka nosakot eritrocītu magnetoforētisko mobilitāti, iespējams diagnoscēt malāriju, pie tam ļoti agrīnā stadijā, kamēr klīniskie simptomi vēl nav novērojami. Ir pat mēģināts izmantot augstgradienta magnētisko filtrēšanu malārijas inficēto asiņu attīrīšanai. Ar ķīmiskiem preparātiem imunizētas ferrodaļiņas, magnētiskās mikrokapsulas un eritrocītu ēnas (ghost cells) var izmantot virzītam zāļu transportam. Ir zināmi darbi par nanodaļiņu izmantošanu lokalizētas magnētiskās hipertermijas terapijā. Astoņdesmitajos gados vairāki principiāla rakstura pētījumi tika veikti arī Fizikas institūtā sadarbībā ar Latvijas Valsts heamotoloģijas centru, LZA Organiskās sintēzes institūtu un J. Čazova kardioloģijas centru Maskavā. Patīkami atzīmēt, ka patlaban Organiskās sintēzes institūtā vērojama tendence izvērst jaunus pētījumus daļā no šiem virzieniem.

            Magnētisko šķidrumu pētījumu attīstību Latvijā interesanti skatīt starptautiskā kontekstā (Att. 9.). Pasaulē par pētījumu sākumu pieņemts uzskatīt 1964. gadu, kad žurnālā Physics of Fluids tika publicēts raksts „Ferrohydrodynamics” (autori J. L. Neuringer un R. E. Rosensweig). Patiesību sakot, magnētiskie koloīdi bija pazīstami jau arī agrāk, taču līdz tam tie bija zināmi galvenokārt šauram koloidālās ķīmijas speciālistu lokam. Turpretī pieminētais raksts strauji izraisīja dažāda profila speciālistu plašu uzmanību ar to, ka publikācijas autori raksturoja ferokoloīdus kā praksē izmantojamus materiālus, aprakstīja jaunas magnetohidrodinamikās parādības un iezīmēja interesantas pielietošanas iespējas.

            Jaunās idejas ieinteresēja arī Fizikas institūta speciālistus. Jau 1969. gadā A. Gailītis publicēja teorētisku darbu par ferrošķidrumu brīvās virsmas nestabilitāti un pīķveida struktūru veidošanos magnētiskā laukā. (Att. 10.)  Mūsu Siltumfizikas laboratorijā jau ilgāku laiku turpinājās teorētiski darbi par pārneses parādībām polarizējamās un magnetizējamās vidēs (J. Mihailovs, R. Ozols), tagad tika uzsākti termomagnētiskās konvekcijas pētījumi paramagnētiskos elektrolītos (E.Blūms, A.Fedins), tie konceptuāli sabalsojās ar ferrohidrodinamikas pamatnostādnēm. Sešdesmito gadu beigās tika radīti arī pirmie ferrokoloīdu paraugi (J.Mozgovojs). Jāpiezīmē, ka sākotnēji zinātniskajā literatūrā bija aprakstīti ļoti darbietilpīgi magnētisko šķidrumu iegūšanas paņēmieni, kas prasīja sarežģītas ferītu mehāniskās smalcināšanas iekārtas. Pirmsākumā mēs izmantojām lētāku, relatīvi mazražīgu, toties efektīgu elektriskās dzirksts kondensācijas metodi, kas ļāva iegūt sfēriskas un relatīvi monodispersas nanodaļiņas ar kontrolējamu izmēru. Šis paņēmiens izrādījās ļoti piemērots vēlākiem biomedicīniskiem pētījumiem. Turpmākā pētījumu gaitā laboratorijā tika attīstītas arī tagad plaši izplatītās ferrokoloīdu sintēzes metodes, saskaņā ar kurām magnētiskās nanodaļiņas tiek iegūtas elektrolītu šķīdumos ķīmiskās līdzizsēdināšanas ceļā.

            Fizikas institūta ferrokoloīdu pētījumi būtiski paplašinājās septiņdesmitos gados, kad Siltumfizikas laboratorijā uzsāka aspirantūras studijas virkne talantīgu jauniešu (A.Cēbers, M. Majorovs, A. Čuhrovs u.c.). Septiņdesmito gadu beigās un astoņdesmito gadu sākumā tika iegūti nozīmīgi rezultāti par ferrošķidrumu virsmas nestabilitātēm, koloīdu iekšējo struktūru, fāzu pārejām, termomagnētisko un magnetodifūzijas izsaukto konvekciju. Tika veikti arī pētījumi par asins šūnu magnētisko separāciju un virkne konceptuālu eksperimentu magnētiskajā zāļu transportā (J. Pļaviņš, L. Markēviča, N. Tankovičs, M. Lauva). Šis periods sakrīt arī ar visintensīvākajiem magnētisko šķidrumu pētījumiem pasaules mērogā.

            Pamazām nostiprinājās Siltumfizikas laboratorijas zinātniskais prestižs, to veicināja arī tradicionālās Rīgas MHD konferences, kuru tematikā, jau sākot ar 1972. gadu, tika iekļauti arī magnētiskie šķidrumi. Ferrošķidrumu pētījumu ģeogrāfija pakāpeniski paplašinājās, radās nepieciešamība attīstīt zinātniskos kontaktus. Latvija zinātniskajā sabiedrībā tika akceptēta kā viens no šo sakaru centriem (Att. 11.). Ar mūsu iniciatīvu 1980. gadā Rīgā tika organizēts pirmais starptautiskais simpozijs magnētisko šķidrumu hidrodinamikā un siltumfizikā, tā darbā piedalījās vairāki izcili zinātnieki, arī Maskavas universitātes Mehānikas institūta profesors, PSRS akadēmiķis Leonīds Sedovs. 1986. gadā Fizikas institūtu darba vizītē apmeklēja viens no ferrohidrodinamikas pionieriem, ASV Ķīmijas Inženieru Akadēmijas loceklis Dr. Ronalds E. Rosensweig (Exxon). Pēc viņa ieteikuma Rīgā 1989. gadā tika noturēta Piektā Starptautiskā Magnētisko šķidrumu konference (Att. 12.). Šādas konferences tiek organizētas regulāri ikkatru trešo gadu dažādās valstīs. Līdz ceturtajai konferencei Japānā 1986. gadā tajās padomju bloka valstis gandrīz nebija pārstāvētas. Fizikas institūta organizētajā konferencē šā tradīcija tika lauzta. Pirmo reizi izdevās panākt praktiski visaptverošu pasaules ferrošķidrumu zinātnisko grupu pārstāvniecību. Rīgas konference ferrokoloīdu sabiedrībā joprojām tiek pieminēta kā viens no lielākajiem un interesantākajiem starptautiskiem zinātniskiem saietiem šajā tematikā.

            Deviņdesmitajos gados, mums aktīvi līdzdarbojoties, tika realizēts plašs starptautisks zinātnisks projekts (Att. 13.). Ar UNESCO atbalstu tika sagatavota izdošanai tematiski visaptveroša rokasgrāmata „Magnetic Fluids”, galvenais redaktors B. Berkovsky (UNESCO). Redaktoru kolēģijas sastāvā tika iekļauti pasaules vadošo zinātnisko centru speciālisti: V. Bashtovoy (Baltkrievija), E. Blums (Latvija), V. Cabuil (Francija), S. Charles (Lielbritānija), S. Kamiyama (Japāna), R. Massart (Francija), K. Nakatsuka (Japāna), K. Raj (ASV), R. Rosensweig (ASV). Manuskriptu sagatavoja 28 autori (t.sk. A. Cēbers un E. Blūms no Latvijas).

            Vienlaikus ar fundamentālajiem pētījumiem Fizikas institūtā pamazām radās arī tehnoloģiskās izstrādnes. Tika radīti jauni magnētiskie šķidrumi „MAHYD” (Att. 14.). Darbi izvērsās divos virzienos. Astoņdesmitajos gados sadarbībā ar R/A Radiotehnika” tika veiktas tehnoloģiskas izstrādnes magnētisko audio koloīdu jomā (G. Kroņkalns, R. Kerno). Tika radīti šķidrumi ar zemu piesātināto tvaiku spiedienu darbam paaugstinātās temperatūrās, izstrādāta to iegūšanas tehnoloģija laboratorijas mēroga pilotiekārtā. Diemžēl vēlāk, rūpniecības sabrukuma dēļ šie darbi netika pabeigti. Gandrīz gatavā šķidrumu ražošanas līnija rūpnīcā tika izvazāta, tās tehniskā dokumentācija nozaudēta vai arī izvesta no Latvijas.

            Vienlaikus ar audio šķidrumu tehnoloģijas izstrādni izvērsās paralēli pētījumi ar mērķi radīt jaunus, t.s. „termojūtīgos” magnētiskos šķidrumus (G.Kroņkalns, E.Auzāns). Nomainot magnetītu ar sarežģītākiem kompleksiem ferītiem un pielietojot speciālas termoapstrādes metodes, izdevās būtiski paaugstināt ferrokoloīdu piromagnētisko koeficientu, t.i. panākt to magnetizācijas pakāpenisku izzušanu pie paaugstinātām temperatūrām. Ar šādiem šķidrumiem iespējams izveidot jaunas termomagnetokonvektīvās dzesēšanas sistēmas, ko varētu izmantot, piemēram, elektrisko spēka transformatoru dzesēšanai vai arī magnētiski regulējamos termosifonos. Jaunākajos projektos tiek meklētas iespējas izveidot jaunas mikroprocesoru dzesēšanas metodes, lai rastu alternatīvas patlaban lietotajām bet visai neērtajām un mazefektīvām aeroventilācijas sistēmām. Magnetokonvektīvā dzesēšana varētu būt viena no šādām alternatīvām.

            Astoņdesmito gadu nogalē par mūsu lietišķajiem pētījumiem ieinteresējās ASV kompānija „Ferrofluidics”, viena no pirmajām un galvenajām magnētisko šķidrumu ražotājfirmām pasaulē (Att. 15.). Firma izrādīja interesi par mūsu lietišķajām izstrādnēm termojūtīgo ferrokoloīdu jomā, tika izteikts pat piedāvājums pie Fizikas institūta izveidot šīs kompānijas filiāli. Diemžēl, brūkošās padomju sistēmas apstākļos šo priekšlikumu realizēt neizdevās. Svarīgākie, iespējams, bija nevis politiskie, bet gan ekonomiskie iemesli. Brūkošās ekonomikas dēļ Austrumeiropā nevienu neinteresēja augstās un netradicionālās tehnoloģijas, kas balstītas uz tolaik vēl mazpazīstamu ferrošķidrumu izmantošanu. Arī Latvijā ieinteresētu ražotāju un izmantotāju vairs nebija.

            Tomēr lietišķie kontakti ar kompāniju „Ferrofluidics” neizzuda (Att. 16.). Deviņdesmito gadu otrajā pusē firmā tika pārbaudītas vairākas Institūta ferrošķidrumu metroloģijas izstrādnes. Rezultātā 2001. gadā tika noslēgts sadarbības līgums starp LZA un minēto kompāniju, kas tagad iekļāvusies vispasaules firmas ”Ferrotec” sastāvā. Tā ražo lielāko daļu no pasaulē izmantotajiem magnētiskiem šķidrumiem. Mēs sniedzam firmai „Ferrotec-USA” regulārus metroloģiskos pakalpojumus, veicot koloīdu oriģinālas magnetogranulometrijas analīzes (M.Majorovs). Pie tam apsekoti tiek ne tikai firmas jaunradīto produktu eksperimentālie paraugi vien. Mēs dažkārt veicam arī komerciālo šķidrumu atsevišķu partiju magnētisko īpašību pārbaudes (Att. 17.). Tādējādi daudzi patērētāji arī Latvijā, to nemaz neapzinoties, ikdienā lieto datorus vai audio iekārtas, kurās ieguldīts, kaut arī ļoti neliels, toties profesionāli augstvērtīgs Latvijas zinātnieku intelektuālais darbs.

            Magnētiskie šķidrumi audio iekārtās pakļauti ļoti smagiem ekspluatācijas apstākļiem: spēcīgam magnētiskam laukam, augstai temperatūrai un neparasti lieliem temperatūras gradientiem. Visi šie apstākļi ir liels pārbaudījums koloīdu stabilitātei. Būtisku lomu spēlē tādas parādības kā nanodaļiņu termodifūzija un magnetoforēze, tās var izsaukt koloīdu fāzu separāciju un nanodaļiņu izsēšanos uz virsmām. Fizikas institūtā tiek veikti šo siltuma un masas pārneses parādību fundamentālie pētījumi.

            Neiedziļinoties detaļās, īsumā raksturošu Institūta beidzamo gadu galvenos rezultātus. Laika gaitā iedibināta aktīva un produktīva starptautiska sadarbība, veicot kopīgus pētījumus koloīdu termodifūzijā, tai skaitā pievēršot uzmanību 90. gadu nogalē mūsu izvirzītai idejai par magnētisko nanodaļiņu termomagnetoforēzi (Att. 18.) (zinātniskajā literatūrā to sauc arī par ”magnētisko Soret efektu”).

            Eksperimentālie pētījumi tiek veikti, izmantojot divas principiāli atšķirīgas metodes (A.Mežulis). Kopīgi ar Brēmenes Universitāti mēs veicam pētījumus par koloīdu separāciju termodifūzijas kolonā (Att. 19.). Izveidota oriģināla ļoti jūtīga nanodaļiņu koncentrācijas noteikšanas metode, tā nodrošina precīzus separācijas mērījumus. Mūsu laboratorijā izstrādāta analītiska termodifūzijas kolonas teorija, kas no separācijas dinamikas līknēm ļauj izskaitļot nanodaļiņu Soret koeficientu. Diemžēl šādā ceļā nav iespējams noteikt koloīdu difūzijas koeficientu, kas nepieciešams, lai pilnībā raksturotu nanodaļiņu termoforētisko mobilitāti. Šai jautājumā nepieciešamo informāciju var iegūt citā ceļā: izmantojot optiski ierosinātu termodifūzivo struktūru dinamikas pētījumus plānos ferokoloīdu slānīšos (Att. 20.). Atbilstoši eksperimenti tika izvērsti sadarbībā ar Pjēra un Marijas Kirī Universitāti Parīzē. Salīdzinot ar termodifūzijas kolonu, plāno slānīšu optiski ierosinātās struktūras nav sevišķi piemērotas termodifūzijas kvantitatīviem pētījumiem, toties tie nodrošina ļoti precīzus gradientās difūzijas koeficientu mērījumus, bet magnētiskā lauka klātbūtnē ērti var izdarīt arī pārneses koeficientu anizotropijas pētījumus.

            Magnētiskā lauka izsaukto efektu eksperimentālie pētījumi ir ļoti kaprīzi, tie prasa skrupulozu attieksmi, lai novērtētu un novērstu dažādu nekontrolējamu faktoru ietekmi. Nākošajā attēlā (Att. 21.) apkopoti svarīgākie pētījumu rezultāti par magnētisko Soret efektu, kas iegūti laika periodā no 1998. līdz 2002. gadam Rīgā, Brēmenē un Parīzē. Galvenie secinājumi no šiem pētījumiem ir šādi:

1)            eksperimenti apstiprina teorētiski prognozēto magnētiskā Soret efekta anizotropiju – laukā, kas paralēls temperatūras gradientam, Soret koeficients pieaug, turpretī transversālā laukā tas samazinās;

2)         ņemot vērā to, ka nanodaļiņu nulles lauka Soret koeficients ir neparasti liels, novērotais magnētiskais Soret efekts ir izteikts daudz spēcīgāk par teorētiski prognozēto.

Beidzamo rezultātu varētu izskaidrot ar magnētiskā lauka ietekmi uz nanodaļiņu difūzijas koeficientu, kā arī ar nekontrolētu magnētiskās konvekcijas ietekmi. Tomēr šāds secinājums ir būtiskā pretrunā ar jaunākiem rezultātiem, kas iegūti Brēmenes universitātē. Separācijas mērījumi, kas izdarīti plānā ferrošķidruma slānītī, liecina, ka atsevišķos gadījumos lauka ietekme ir tik spēcīga, ka termoforēzes ātrums pat maina virzienu. Tas nav izskaidrojams ar difūzijas koeficienta izmaiņām laukā. Optiskie pētījumi liecina, ka plānā slānītī attīstās magnētiskā konvekcija (Att. 22.). Bet tā var izsaukt vienīgi termodifuzīvo struktūru nojaukšanu, bet nekādā gadījumā ne separācijas virziena maiņu.

            Analizējot Brēmenē veiktos pētījumus, jāņem vērā, ka tajos separācijas mērījumi izdarīti slānī, ko ierobežo caurlaidīgas sienas. Mūsu jaunākie pētījumi liecina, ka nanodaļiņu termoforēzi porainā vidē būtiski ietekmē osmotiskās parādības (Att. 23.). Tās var būt izteiktas tik spēcīgi, ka atsevišķos gadījumos spēj izsaukt pat termoforēzes virziena maiņu filtrējošā slānītī. Mēs izvirzījām hipotēzi, ka zināmā veidā līdzīga situācija var veidoties arī magnētiskā lauka iespaidā. Starpība vienīgi tā, ka šajā gadījumā masas pārnesi nosaka nevis osmotiskie virsmas spēki, bet gan līdzsvars starp magnētiskiem spēkiem, kas darbojas uz daļiņu un uz šķidruma tilpumā. Nehomogēni magnetizētā vidē filtra graudi ierosina mikrokonvekciju, bet filtrējošo elementu ansamblis rada makroskopisku masas plūsmu (Att. 24.). Pamatojoties uz šo analoģiju ar termoosmozi porainās vidēs, magnētiski inducēto mikrokonvektīvo pārnesi var interpretēt kā specifisku magnetoosmozes parādību. Teorētiskie aprēķini kontekstā ar Brēmenes filtrācijas eksperimentiem pagājušā vasarā tika ziņoti 6. Starptautiskajā Termodifūzijas konferencē Itālijā. Referāts izraisīja plašas un ieinteresētas diskusijas, darbs tika operatīvi publicēts Eiropas Fizikas žurnālā (Att. 25.).

            Patlaban Fizikas institūtā tiek veikti atbilstoši eksperimentālie pētījumi. Tika izvēlēts šķidruma paraugs, kuram termodifuzīvās īpašības ir zināmas (Att. 26.). Iepriekš optiskos eksperimentos tika noskaidrots, ka nanodaļiņu termoforētiskā mobilitāte, kā tas teorētiski prognozēts, nav atkarīga no magnētiskā lauka. Turpretī separācijas mērījumi caur vienslāņa filtru uzrāda spēcīgu magnētiskā lauka ietekmi (Att. 27.). Tātad novērotās izmaiņas nav saistāmas ar magnētisko Soret efektu, bet apstiprina jauno hipotēzi par mikrokonvektīvo nanodaļiņu pārnesi caur poraino robežu. Efektīvais Soret koeficients paralēlā laukā arī mūsu paraugā maina zīmi, mērījumu rezultāti kvalitatīvā ziņā saskan ar Brēmenes eksperimentu rezultātiem. Patlaban tiek veikti sīkāki teorētiskie aprēķini (V.Frišfelds). Rezultāti gan nav viennozīmīgi. Precizēta teorētiskā modeļa skaitliskie risinājumi liecina, ka mikrokonvektīvā pārnese ir vājāka gan par iepriekš prognozēto, gan arī par eksperimentā novēroto. Tādējādi, problēmas noskaidrošanai ir nepieciešami turpmāki papildus pētījumi.

            Nobeigumā gribētu minēt dažus piemērus, kas liecina, ka magnētiskās nanodaļiņas ietilpst ne tikai zinātnieku mākslīgi radītajās koloidālās dispersijās un ir iemiesotas tehnokrātu izgudrojumos, bet nanomagnētisms ir sastopams arī dzīvajā dabā (Att. 28.). Ir zināma virkne mikroorganismu, kuru sastāvā konstatētas magnetīta nanodaļiņas, parasti tās subdomena izmēru dēļ apvienojušās ķēžveida struktūrās. Šādas magnetotaktiskās baktērijas bieži novērotas tropiskajā klimatiskajā zonā, ari Austrālijā. Izteikta hipotēze, ka daba rīkojusies gudri ar noteiktu zinātnisku jēgu. Zemes magnētiskais lauks ir spēcīgāks polu tuvumā. Tātad, magnetoforētiskās pārneses ceļā magnetotaktiskajām baktērijām tiek atvieglota migrācija no to rašanās vietas tropiskajos apgabalos uz klimatiski aukstākiem Zemes reģioniem, tādējādi veicinot baktēriju populācijas ģeogrāfisko izplatīšanos.

            Izrādās, ka nanomagnētisms sastopams arī daudz augstākas bioloģiskās attīstības pakāpes organismos. Koloidālo magnetītu satur gan kukaiņi, gan vairāki putni un jūras iemītnieki, un pat cilvēki (Att. 29.). Iespējams, ka arī šīs dzīvās būtnes izmanto magnētiskos nanokompasus ģeogrāfiskās orientēšanās vajadzībām. Pie cilvēkiem gan magnētiskās orientēšanās spējas nav novērotas, toties spilgts piemērs ir baloži. Tiem magnetīta nanodaļiņas ir lokalizētas virs knābja pieres daļā. Plaši pazīstama ir pasta baložu spēja atgriezties mājvietā no tāla lidojuma. Iespējams, viņi orientējas pēc Zemes virsmas magnētiskā lauka topogrāfijas. Senos laikos pasta baložus izmantoja arī praktiskām vajadzībām. Piemēram, ar baložu palīdzību ziņu par Napoleona sakāvi pie Vaterlo Londonā saņēma jau trīs stundas pēc vēsturiskās kaujas. Pirmā un arī Otrā Pasaules karu laikā pasta baložus bieži izmantoja ne tikai kā ziņnešus, bet arī kā spiegus aerofotografēšanai, dažreiz pat kā teroristus. Lielbritānija Otrā pasaules kara laikā militārām vajadzībām kalpināja vairākus simtus tūkstošu pasta baložu, 32 no tiem apbalvoti ar augstāko apbalvojumu dzīvniekiem – ar Dikinsa Medaļu. Kosmisko komunikāciju apstākļos gan pasta baložu izmantošana militāriem mērķiem vairs nav nepieciešama, tomēr interese par tiem nezūd joprojām. Dažās valstīs, piemēram, Austrālijā, ļoti populāras ir baložu tāluma un ātruma sacīkstes. Izrādās, ka lidošanas ātrumu un attālumu, no kurienes baloži spēj atgriezties, var palielināt, izbarojot tiem magnētiskas nanodaļiņas. Ir zināma pat kāda firma „Paramagna-Grow”, kas reklamē speciālu sacīkšu baložiem domātu barības maisījumu, kas satur koloidālu magnetītu.

            Zinātniskajā literatūrā plaši tiek apspriesta t.s. ozona caurumu problēma Zemes atmosfērā (Att. 30.). Ozons, kas veidojas Saules radiācijas iespaidā atmosfēras augšējos slāņos, aizsargā dzīvo dabu no tālā ultravioletā starojuma kaitīgās ietekmes. Cilvēka industriālās darbības radīto atmosfēras izmešu iespaidā ozona slānis tiek daļēji noārdīts. Zemes polu, visvairāk Antarktikas, tuvumā periodiski veidojas t.s. ozona caurumi. Beidzamajos gados tie aktivizējas arī ziemeļu puslodē. Parasti uzskata, ka šo caurumu haotiskā migrācija ir saistīta ar atmosfēras zemāko slāņu termisko konvekciju un klimatiskiem apstākļiem. Zinātniskajā literatūrā tomēr izteikts pieļāvums, ka zināma loma varētu būt arī Zemes magnētiskā lauka izsauktajai magnētiskajai konvekcijai. Kā zināms, skābeklis parastā molekulārā veidā O2 ir viens no visspēcīgākajiem dabā sastopamiem paramagnētiķiem. Toties tā otrs paveids - ozons O3 uzrāda ļoti vājas magnētiskās īpašības. Tādējādi, skābekļa un ozona nehomogēnā maisījumā var izraisīties magnētiskajos šķidrumos plaši novērotā koncentrācijas magnētiskā konvekcija. Konkrētus slēdzienus, novērtējot attiecīgo magnētisko Releja skaitli, gan izdarīt nav viegli, jo atmosfēras augšējo slāņu lielā retinājuma dēļ nepieciešami speciāli, t.s. Knudsena gāzu aerodinamikas, pētījumi.

            Nobeigumā gribētu izteikt pateicību ilggadīgiem darba kolēģiem, kas auguši kā zinātnieki un radoši strādājuši Fizikas institūta Siltumfizikas laboratorijā (Att. 31.). Diemžēl daļa no viņiem vairs nav mūsu vidū, citi emigrējuši uz ārzemēm vai pametuši zinātni. Tomēr saglabājies kvalificēts pētnieku pamatkodols. Tas sadarbībā ar jaunajiem zinātņu doktoriem, kas kopīgi ar profesoru A.Cēberu sagatavoti beidzamajos gados, spējīgs turpināt un tālāk attīstīt pētījumus, pievēršoties arī modernajām magnētiskās nanotehnoloģijas problēmām. Kolēģi sarakstā minēti alfabēta kārtībā. Tomēr sevišķi gribētu izdalīt vienu no viņiem - akadēmiķi Juri Mihailovu. Viņš bija tas, kas iedibināja Latvijā siltumfizikas pētījumus, tai skaitā jautājumos, kas saistīti ar magnetohidrodinamiku. Viņš bija mans zinātniskais skolotājs šī vārda vispilnīgākajā nozīmē. Arī vēlāk, kad ferrohidrodinamika un magnētiskie šķidrumi nodalījās kā patstāvīgs pētījumu virziens, Jurijs Ananjevičs izrādīja dziļu interesi par ferrokoloīdu zinātniskajām problēmām, bija ne tikai man, bet arī jaunākajiem laboratorijas kolēģiem vērtīgs un kompetents padomdevējs, vispusīgi atbalstīja laboratorijas attīstību.

            Jāizsaka pateicība arī tuvākajiem ārzemju kolēģiem (Att. 32.), gan par vispusīgu atbalstu ļoti ilgstošā laika periodā, gan arī par konkrētu zinātnisko sadarbību pēdējo desmit gadu laikā.