Revista >> Mai 2019 [Nr. 214] >> Cercetare & Invatamant superior

Centrul de Cercetări Tehnice Fundamentale și Avansate din Timișoara, în avangarda explorării fluidelor magnetice

Mihaela Ghita

23 Mai 2019

Prima ediţie a Conferinței Cercetării Științifice din Academia Română s-a desfășurat pe 6 mai în Aula Ion Heliade Rădulescu, ocazie cu care institutele Academiei Române şi-au prezentat activitatea şi cele mai importante rezultate din ultimii ani. Cercetările din domeniul fluidelor magnetice, dezvoltate de Centrul de Cercetări Tehnice Fundamentale și Avansate (CCTFA) din Timișoara, ne-au atras în mod deosebit atenţia. Directorul CCTFA, dr. fiz. Ladislau Vékás, membru corespondent al Academiei Române, unul dintre pionierii domeniului, aflat în prezent într-o expansiune deoesebită, ne-a condus în universul fluidelor magnetice, descoperind astfel utilitatea şi impactul cercetărilor şi aplicaţiilor specifice dezvoltate de-a lungul timpului, precum şi potenţialul noilor direcţii explorate.

În anul 1965, NASA obținea prima șarjă de combustibil magnetic, care trebuia să rezolve problema combustibilului lichid al rachetelor. În impoderabilitate lichidul risca să se deplaseze în interiorul rezervorului și să nu mai ajungă la sorbul pompei, ceea ce periclita buna funcționare a motorului de rachetă, care se putea opri înainte de terminarea combustibilului din rezervor. Deși invenția părea bună și rezolva această problemă, între timp alți cercetători au pus la punct combustibilul solid pentru rachete, ceea ce a condus la abandonarea unei importante invenții, cea a unui combustibil magnetoresponsiv. În schimb, imediat dupa descoperirea lor, fluidele magnetice și-au arătat potențialul aplicativ extraordinar în multe alte domenii.

În România, primii care au sesizat importanța fluidelor cu proprietăți magnetice a fost un grup de cercetători din Iași, care au introdus ca temă de cercetare lichidele magnetice, încă din 1970, când, chiar și pe plan mondial, subiectul era unul de pionierat.
Intuind potenţialul deosebit pe care cercetările lichidelor magnetice îl pot avea în viitor, sub îndrumarea acad. Ioan Anton, dr. fiz. Ladislau Vékás, la vremea aceea doctorand la Universitatea „Alexandru Ioan Cuza”, Facultatea de Fizică, a iniţiat o colaborare cu cercetătorii Centrului de Cercetări de Fizică Tehnică din Iași.

Dr. fiz. Ladislau Vékás: Așa a început o colaborare foarte bună, în urma căreia am început și noi aici, la Timișoara, să sintetizăm aceste lichide cu proprietăți magnetice. Prepararea unui lichid magnetic nu este simplă, iar prima dată am obţinut o cantitate de 5-10 ml de lichid magnetic cu proprietăți foarte slabe. Dar entuziasmul nostru nu a scăzut, mai ales când cercetătorii din Iași, în cadrul unui contract de colaborare, au realizat o cantitate de 13,5 litri de lichid magnetic de cea mai bună calitate pentru a începe experimente pe diferite aplicații. Începând din 1975, acad. Ioan Anton a dezvoltat un colectiv multidisciplinar la Timișoara, în care s-au implicat chimiști, ingineri chimiști, fizicieni, ingineri mecanici, ingineri electrotehniști.

Subliniez că inițiativa a fost a acad. Ioan Anton, care avea un simț tehnic foarte dezvoltat şi avea deja o idee de aplicație în ingineria hidraulică -turbotransformatorul magnetohidrodinamic- pornind de la aceste fluide noi. Soluția tehnică brevetată încă în 1970 și apoi experimentată în laborator cu lichidele magnetice realizate atunci la Iași, nu a fost aplicată la scară industrială. Ulterior, la fel ca în Statele Unite, nu s-a valorificat acea aplicație avută în vedere, ci cu totul altele.

Ce este de fapt un fluid magnetic?
Dr. fiz. Ladislau Vékás: În natură nu există lichide care să fie acționabile magnetic, lichidele paramagnetice având susceptivitate magnetică mult prea redusă pentru aplicații tehnice. Ceea ce a fost sintetizat la vremea respectivă doar în laborator, acum se obține industrial pentru o sumedenie de aplicații de care ne folosim în viața de zi cu zi. Bunăoară, doar câteva picături de astfel de lichid etanșează capsula în care se află hard disk-ul rotativ al computerelor.

Fluidul magnetic este o suspensie coloidală de nanoparticule de magnetită acoperite cu un strat stabilizant, care face ca aceste nanoparticule să nu se aglomereze și nici să nu se depună, nici măcar în câmp magnetic intens. Aceasta este condiția cel mai greu de realizat și de aici decurg toate problemele de preparare. Lichidul în care aceste particule minuscule plutesc poate fi orice, de la apă, până la ulei de vid. Sunt diverse tehnologii de obținere a nanoparticulelor de magnetită. Primele lichide au fost obținute prin măcinare coloidală a unor pulberi de magnetită, dar s-a dovedit o metodă neproductivă și ineficientă, de aceea a fost dezvoltată prepararea pe cale chimică, prin co-precipitarea chimică, metodă care dă rezultatele cele mai bune și este cea mai productivă.

În 1978, 13,5 litri de lichid magnetic vi s-a părut o cantitate enormă. Cât produceți acum?
Dr. fiz. Ladislau Vékás: Fluidele magnetice se obțin, în România, din 1978. În laborator, dintr-o șarjă rezultă cam 250 ml fluid magnetic de magnetizație medie. Ceea ce este foarte mult pentru o șarjă care durează circa 2 ore, după care urmează o filtrare care necesită ceva timp, apoi alți pași care durează câteva zile, până la obținerea fluidului. Începând cu anul 2006 am realizat transferul tehnologic către compania ROSEAL din Odorheiu Secuiesc. Acum ROSEAL produce cantități cvasi-industriale de lichid magnetic, lor le-a fost transferată tehnologia de etanșare magnetofluidică fără scăpări, și astăzi sunt singurii în România și printre puținele firme din țările europene care se numără printre producătorii de fluide magnetice și etanșări rotitoare magnetofluidice.

Este România unul dintre liderii mondiali în producerea fluidelor magnetice?
Dr. fiz. Ladislau Vékás: Nu suntem lideri, dar suntem și noi la fel de capabili să producem lichide magnetice performante pentru etanșări. Începând cu anul 2012, compania ROSEAL a dezvoltat un proiect împreună cu Laboratorul de Lichide Magnetice al CCTFA din Timișoara pentru investigarea rezistenței la radiație a lichidelor selectate pentru etanșări, având ca rezultat calificarea unor lichide magnetice și etanșări magnetofluidice pentru aplicații în domeniul nuclear. Ca urmare, la Unitatea 1 și la Unitatea 2 de la Cernavodă există acum etanșări fabricate la compania ROSEAL, care au redus foarte mult scăpările de tritiu, la valori de cel putin 300.000 de ori mai mici decat limita admisibilă. Cert este că aceste etanșări făcute în România, fără niciun fel de contribuție externă, satisfac cele mai exigente criterii. Avantajele acestor etanșări sunt multiple: nu doar că scăpările sunt considerabil mai mici, dar etanșările magnetofluidice sunt și mult mai rezistente la uzură decât cele mecanice, ceea ce duce la o scădere semnificativă a costurilor de întreținere. De fapt scăpările sunt practic nule, doar că inginerește vorbind nu se ajunge la „zero”, ci la o valoare care poate fi confirmată experimental de testele cu heliu gazos.

Este interesant că o invenție care nu și-a găsit aplicația pentru care a fost creată inițial, a fost preluată industrial pentru prepararea fluidelor magnetice și s-a dezvoltat o industrie. S-a intuit sau chiar s-a știut că există o cerere de piață?
Dr. fiz. Ladislau Vékás: Nu s-a știut. Când s-au văzut cu problema rezolvată, americanii s-au trezit cu un material nou, astăzi îi spunem „nanomaterial”, și i-au căutat aplicații. Prima aplicație care a trecut toate granițele a fost cea pentru etanșări rotitoare fără scăpări, brevetată în 1970.

Inițiatorul lichidelor magnetice este Ronald E. Rosensweig, pionier în cercetarea acestor fluide cu proprietăți speciale. Împreună cu un coleg a înființat în 1970 Ferrofluidics Corporation, prima firmă care a început să producă pe scară largă fluide magnetice, pe care le foloseau pentru „etanșări rotitoare fără scăpări”, o aplicație care a revoluționat domeniul etanșărilor.