Een ferromagnetische vaste stof als ijzer of kobalt kun je zien als een grote stapel kompasnaalden. Elke kompasnaald heeft een magnetisch moment met een bepaalde richting en grootte. Het oriënteren van magnetische momenten heet magnetiseren. De grootte van het magnetisch moment geeft aan hoe sterk het moment is geneigd om zich te oriënteren in het magneetveld van een andere magneet, zoals bijvoorbeeld de aarde. In een vloeibare magneet (ferrofluid) kunnen de magnetische momenten heel gemakkelijk draaien. Zonder extern magnetisch veld kan er geen magnetisatie zijn. Er zijn dus geen blijvende vloeibare magneten. Door de vrije draaiing zijn vloeibare magneten wel gemakkelijk magnetiseerbaar.

Boven de Curie temperatuur kunnen atomen in een ferromagneet niet langer een domein met een groot netto moment vormen. De Curie temperatuur is altijd lager dan het smeltpunt. Het smelten van een vaste ferromagneet levert dus geen vloeibare magneet op. Stel dat je ijzervijlsel steeds meer verkleint totdat de deeltjes zo klein zijn dat ze in een vloeistof blijven zweven. Deze deeltjes worden dan opgejaagd door de op hen botsende vloeistofdeeltjes en zakken niet meer door de zwaartekracht naar de bodem. Dan houdt je de magnetische eigenschappen en krijg je ook eigenschappen van een vloeistof. Zo’n homogeen mengsel van zeer kleine deeltjes in een vloeistof heet een colloïdale dispersie. Colloïdale dispersies komen veel voor, denk aan melk, bloed of inkt. Alleen colloïden, de deeltjes die kleiner zijn dan eenduizendste millimeter, vormen deze colloïdale dispersies.

Deeltjes in een colloïdale dispersie mogen niet samen gaan vlokken. Dan worden ze te groot en gaan ze door de zwaartekracht uitvlokken. Dit gebeurt bijvoorbeeld bij het zuur worden van melk. Colloïdale dispersies in water vlokken niet uit zolang de deeltjes elektrisch geladen blijven en elkaar bij nadering afstoten. In organische vloeistoffen kun je colloïdale deeltjes tegen uitvlokken beschermen door ze te omgeven met een laag organische moleculen of met oppervlakte-actieve stoffen zoals zeep. Ook in ferrofluids worden de magnetische colloïdale deeltjes, afhankelijk van het oplosmiddel, door een van die mechanismen beschermt tegen uitvlokken. De magnetische aantrekkingskracht neemt sterk toe met de deeltjesgrootte. Magnetische deeltjes moeten daarom extra klein zijn om een goede dispersie te vormen.

Een ferrofluid, een colloïdale dispersie van ferromagnetische deeltjes, maak je dus door kleine ferromagnetische deeltjes te maken. Een voorbeeld hiervan is magnetiet (Fe3O4). De magnetietdeeltjes in deze ferrofluid zijn zo klein dat er maar één magnetisch domein in past. Elk deeltje heeft dan slechts één magnetisch moment. We kunnen ons deze deeltjes voorstellen als permanente magneetjes, die vrij in de vloeistof draaien. Bij een aangelegd magnetisch veld richt het moment van de magnetietdeeltjes zich evenwijdig aan de veldlijnen. Deze uitgerichte momenten zoeken elkaar kop-staart op zodat lange rijen magnetiet deeltjes ontstaan. De vloeistof, waarin de magnetietdeeltjes zich bevinden, blijft als het ware in het magnetietnetwerk hangen. Het geheel gedraagt zich daardoor als een magnetische vloeistof.

Colloïdaal magnetiet kan mechanisch gemaakt worden maar dat kost erg veel tijd. Handiger is om het chemisch te bereiden. Je gebruikt dan waterige oplossingen van ijzerchloriden. Het neerslaan van magnetiet wordt opgewekt door de zuurgraad te verlagen, bijvoorbeeld door ammonia toe te voegen.

2FeCl₃ + FeCl₂ + 4H₂O ---> Fe₃O₄(s) + 8HCl

Het mechanisme en de chemische fabricage van magnetiet lijkt eenvoudig. Vorm, grootte en stabiliteit beheersen is echter een hele kunst. Hierbij spelen allerlei kleine details in het productieproces een rol. De anaërobe bacterie Aquaspirillum magnetotacticum maakt deeltjes die zeer regelmatig van vorm zijn. Zo goed is de synthese door de mens nog niet.


Bij veel toepassingen komt de combinatie van vloeistofkarakter en magnetisme goed van pas. Het magneetveld dient dan om de vloeistof “op te sluiten”. Er zijn allerlei soorten hermetisch afgesloten assen ontwikkeld. Hierbij worden ferrofluids gebruikt, die moeilijk verdampen. Een voorbeeld is de toepassing van ferrofluids voor de vloeibare O-ring, die wordt toegepast in stofgevoelige apparatuur zoals computerdrives. De spleet rond een draaiende as wordt door een magnetische vloeisof stof- en gasdicht afgesloten. Bijkomend voordeel is dat er hierbij bijna geen wrijving optreedt. Een ander voorbeeld is het smeren van de gewrichten van robots bij het stofvrij fabriceren van halfgeleiders.

Een geheel andere toepassing van ferrofluids is het bekijken van bits op een magnetische schijf. Ferrofluids vormen vrijwel de enige methode om de domeingrootte op harddisks of magnetische tapes te bekijken. Als de ferrofluid in contact komt met de magnetische band bewegen de deeltjes zich naar de scheidingswanden tussen de domeinen. Daardoor worden deze scheidingswanden als donkere lijnen zichtbaar onder een lichtmicroscoop. De scheiding tussen twee donkere lijnen is ongeveer gelijk aan de domeingrootte.

Magnetische colloïden komen zeker niet alleen voor in ferrofluids. Een voorbeeld is de magnetische latex, waarbij magneetjes in een organische polymeerbol zijn ingebouwd. Je kunt ze ook inbouwen in anorganische deeltjes zoals sillica. Deze deeltjes spelen een rol bij fundamenteel onderzoek aan magnetische dispersies.