Forskere studerer smart magnetisk gel i et magnetfelt

Magnetiske geler er den nye generation af "smarte" kompositmaterialer. De består af et polymermedium og nano- eller mikrodimensionelle magnetiske partikler indlejret i det. Disse kompositter bruges ofte i magnetisk styrede støddæmpere, stabilisatorer, sikkerhedssystemer, og mekaniske stressforstærkere, samt inden for bioteknologi med henblik på regenerering af biologiske væv. Et bemærkelsesværdigt træk ved magnetiske geler er deres evne til at ændre deres elastiske egenskaber under påvirkning af moderat stærke magnetiske felter. Imidlertid, afhængigheden af ​​disse materialers elastiske egenskaber på det ydre felt er fortsat et dårligt undersøgt spørgsmål. For nylig, den fysiske karakter af disse afhængigheder blev undersøgt af Alexander Zubarev, en professor ved Ural Federal University. Han præsenterede sine resultater på den internationale konference IBEREO 2017 (Valencia, Spanien, 6-8 september).

Magnetiske geler er en relativt ny type komposit multifunktionelt materiale. De første undersøgelser af deres syntese går tilbage til slutningen af ​​1980'erne til begyndelsen af ​​1990'erne, men studierne begyndte for alvor for kun 10 år siden. Magnetiske geler fremstilles på basis af både syntetiske og biologiske polymerer afhængigt af anvendelsen. Størrelsen af ​​de indlejrede magnetiske partikler varierer fra snesevis af nanometer til snesevis af mikron. Et af de mest interessante træk ved magnetiske geler er deres evne til at ændre deres mekaniske egenskaber (elasticitetskoefficienter og viskoelasticitet) med flere gange og endda størrelsesordener under påvirkning af moderate magnetfelter, let oprettet i laboratorier og i industrien.

Disse unikke egenskaber er baseret på magnetiske partiklers evne til at bevare den mest energetisk gunstige gensidige position i et magnetfelt af en given størrelse. Når materialet er deformeret, denne ordning er forstyrret, men partiklerne, under påvirkning af magnetiske interaktionskræfter, har en tendens til at vende tilbage til det. Dette genererer yderligere, ofte meget stærk, elastisk reaktion af materialet på dets deformation. Evnen til at kontrollere den elastiske respons af en magnetisk gel med et magnetfelt er meget lovende for mange industrielle og medicinske teknologier.

Det er blevet påvist, at de magnetoelastiske fænomener i magnetiske geler i høj grad bestemmes af det indledende rumlige arrangement af partiklerne i bærerpolymeren. I det nye arbejde af Andrei Zubarev (professor ved Institut for Teoretisk og Matematisk Fysik, Ural Federal University, Rusland), deformationerne af en polymerprøve med en initial homogen (som et molekyle i gas) rumlig fordeling af magnetiserbare partikler blev undersøgt. Resultaterne opnået af Zubarev og hans kolleger afslører ejendommelighederne ved ændringen i det gensidige arrangement af partikler under påvirkning af feltet og den generelle deformation af kompositten, indflydelsen af ​​disse egenskaber på materialets elasticitetskoefficienter. Teorien forudsiger muligheden for radikal forøgelse af kompositmaterialets stivhed i et eksternt felt.

I fremtiden, forskere kommer til at arbejde med materialer, der er syntetiseret i et eksternt magnetfelt. I dette tilfælde, partiklerne, under påvirkning af magnetisk tiltrækning, danne forskellige strukturer (lineære kæder, tætte søjler, etc.), som er i stand til i høj grad at styrke både materialets elastiske egenskaber og de magnetomekaniske fænomener i det.