磁流体源于美国登月工程时期的火箭燃料设计，如今常出现在科学与艺术美妙结合的展示中，而它其实已经在机械工程、电子设备等产业界应用数十年之久。最近几年，科学家又不断找到它新的应用场景，治疗癌症、体内递药、垃圾分类、处理石油泄露……这项旧科技正在焕发新活力。
1963年，美国国家航空航天局（NASA）刘易斯研究中心（现哥伦研究中心）的火箭科学家们发现了一个可能会阻碍宇航员登月的关键问题：引擎燃烧稳定性。
为此，科学家们日以继夜测试了几百种不同的燃烧室设计和液态氢发动机的喷射器。在这些人中，有一位名叫Solomon Papell的机械工程师，人们叫他Steve，是一名前陆军航空队的领航员，他当时正在研究一个液体推进剂的问题：在零重力下，重新启动发动机时，如何把液体燃料送到燃烧室？
Papell的解决思路是，把磁粉混入火箭燃料中，然后用强磁场把燃料吸到燃烧室中。这个方法很有效，但遗憾并没有被采纳。
德国斯图加特大学空间系统研究所的研究员Manfred Ehresmann解释说，因为在燃料中加入磨碎的氧化铁颗粒会影响火箭的效率，导致燃烧不理想，显然不适合火箭科学家们。尽管如此，Papell还是在1965年为他开发的铁磁流体方法获得了专利。后来的历史证明，铁磁流体（ferrofluid）大有可为，而不仅仅是在零重力作用下。
什么是磁流体？
当周围没有磁场时，磁流体就像普通的液体一样；但当装有磁流体的容器放到强磁场旁边时，磁流体表面就会变硬，还会长出许多尖刺，指向磁场线方向。这种现象被称为罗森威格失稳（Rosensweig instability），得名于已退休的美国化学家Ronald Rosensweig，他对磁流体研究做出了许多贡献。另一种有趣的现象是，如果把磁流体倒在悬浮在超导体的磁体上，磁流体还可以悬浮在半空中。
尽管磁流体没能用作燃料，但以上这些奇特的性质却很适合用作酷炫的科普展示。
因为这些颗粒尺寸很小，只有3~15纳米大，所以在没有外加磁场的时候会呈现出强烈的布朗运动，因此能够保持悬浮而不聚沉；但在强磁场中时，磁流体中的磁纳米颗粒会拖拽周围的液体，从而使磁流体像液体一样流动，这也正是Papell所提出的方案的精髓。
这其中关键的一点，是需要确保纳米颗粒是顺磁的，这意味着它们只会在有外加磁场的时候产生磁性，而并不会永久磁化。所以，当撤去磁场时，磁流体中的颗粒就会失去磁性，恢复原先的布朗运动，从而让磁流体能够恢复流动。
当然，如今磁流体的应用几乎都和燃烧无关。例如，过去40年中磁流体最广泛的应用是用于电脑硬盘等旋转部件的液体密封——磁流体被磁场固定住，确保组件能够平滑、高速旋转，并极大地降低了噪音或震动。正如同Ronald Rosensweig在1985年出版的Ferrohydrodynamic（《铁磁流体力学》）一书中所提到的，“没有这重要的一滴磁流体，整个装置都会无法运作。”
过去十年间，人们又重拾了对磁流体的兴趣，在生物医药、液态机器人、塑料回收以及环境污染治理等方面，为它找到了层出不穷的新兴应用。基于能被磁场远程操控的特点，研究人员开发出了磁性纳米颗粒新的应用场景，尤其是对生物医药发展很有用。
Neil Telling教授是英国基尔大学（Keele University）的一名纳米物理专家，他在研究一种叫作磁纳米颗粒热疗（Magnetic nanoparticle hyperthermia）的技术：向磁纳米颗粒提供能量，它无法储存的那部分能量就以热的形式散发出去，以此可以加热附近的细胞。研究表明，癌细胞比正常细胞更不耐热，只需要利用这种技术把细胞加热到40℃~42℃即可杀死癌细胞。
通过远程加热磁纳米颗粒，有望将深藏于体内的肿瘤消灭，因此这项技术受到广泛关注。
除了可以远程被磁场加热，磁流体能够像液体一样流动的特性也被应用于生物医药领域，它们可以在狭窄的生物组织中穿梭，因此给体内递药提供了新方案。2020年，哈尔滨工业大学的谢辉团队首次开发了一种利用磁流体制备的微型液滴机器人。
这种液滴机器人就是一滴包裹着磁纳米颗粒的油，在人体内运行时，液滴和水不会发生混合，还可以在磁场下变形。谢晖团队通过使用小型电磁铁阵列，或者移动一个永磁体，可以让磁流体微机器人发生分裂、合并、变形；甚至可以形成一道围栏，把水凝胶微球圈起来。基于这些功能，研究人员可以让微机器人搬运液体的货物来输送药物，或者让机器人通过只有4毫米宽的管道，从而模仿在胆管或者导管里的运动。
这种磁流体液态机器人的一个主要的优势，是可以通过变形进入到其他软体机器人难以进入的狭窄空间，而几乎不损伤周围的环境。
生物医药领域所用的磁流体是否有效，或许很大程度上取决于对纳米颗粒表面进行的修饰和改性，利用的是纳米颗粒自身的特性，而不是作为磁流体整体的性质。荷兰的一家公司找到了磁流体在环境领域的商业应用，充分利用了磁流体的整体性质。
Plastic Recycling Amsterdam公司采用了一种叫作“磁密度分离”（magnetic density separation）的方法来一步分离、回收塑料垃圾。乌特列支大学的Ben Erné教授解释了这种方法的基本原理：在一个电磁铁上放置着磁流体，开启磁铁后，流体会出现密度梯度；当片状的塑料流经磁流体时，因为它们是非磁性的，所以不会受到磁场影响，即把塑料与其他垃圾分开。
此外，由于不同位置的液体密度不同，不同密度的塑料并不是简单的要么漂浮要么沉底，而是会悬浮在不同的高度。因此，最后塑料废弃物排出机器时，我们能看到高纯尼龙、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等密度不同的塑料组分已被分开了。
更多的可能：本文最开始Papell所提出的磁流体虽然没有用于火箭燃料，但仍然有机会飞向太空。
2018年，Ehresmann教授带领了一个学生团队，将一个装有磁流体的测试装置小盒子送往了国际空间站。和Papell把磁流体混在火箭燃料中的想法不同，Ehresmann团队是要把磁流体应用于非机械泵系统中。团队成员Franziska Hild解释，在太空中机械部件越少越好，这样就不用担心机械损坏和修理的问题。
如果把他们设计的这种小盒子装置连接起来，利用磁性阵列在小管道中移动磁流体，就得到了一种非机械泵，可以用于长寿命的冷却或通风系统。他们为这个装置取了一个很有寓意的名字：Papell（pump application using pulsed electromagnets for liquid relocation，即基于脉冲电磁铁的液体泵）。
Ehresmann教授目前还在开发一个基于磁流体的航天器姿态控制体系。现有的系统是使用动量轮的旋转速度变化来改变航天器的轨迹。虽然这种轮子是精密加工出来的，但用几年后还是会坏掉，所以成本很高。Ehresmann团队打算抛弃转动的机械轮，而是用一个旋转的磁场带动磁流体旋转，实现相似的操控。看来，虽然Papell的磁流体燃料从未升空，但磁性液体仍然充满了无穷的吸引力。