Forskare studerar "smart" magnetisk gel i ett magnetfält

Lördagsintervju 40 - Havsforskare Nils Axel Mörner om klimatet - hur är det egentligen? (Maj 2019).

Anonim

Magnetiska geler är den nya generationen av "smarta" kompositmaterial. De består av ett polymermedium och nano- eller mikrodimensionella magnetiska partiklar inbäddade i den. Dessa kompositer används ofta i magnetiskt styrda stötdämpare, stabilisatorer, säkerhetssystem och mekaniska spänningsförstärkare, såväl som bioteknik i syfte att regenerera biologiska vävnader. En anmärkningsvärd egenskap hos magnetiska geler är deras förmåga att ändra sina elastiska egenskaper under påverkan av måttligt starka magnetfält. Beroendet av elastiska egenskaper hos dessa material på det yttre fältet är emellertid fortfarande en dåligt studerad fråga. Nyligen undersöktes den fysiska karaktären av dessa beroende av Alexander Zubarev, en professor vid det federala universitetet i Ural. Han presenterade sina fynd på den internationella konferensen IBEREO 2017 (Valencia, Spanien, 6-8 september).

Magnetiska geler är en relativt ny typ av sammansatt multifunktionellt material. De första studierna om deras syntes daterar sig till slutet av 1980-talet till början av 1990-talet, men studier började allvar för bara 10 år sedan. Magnetiska geler tillverkas på basis av både syntetiska och biologiska polymerer beroende på appliceringen. Storleken på de inbäddade magnetiska partiklarna varierar från antal nanometer till antal mikroner. En av de mest intressanta egenskaperna hos magnetiska geler är deras förmåga att ändra sina mekaniska egenskaper (elasticitets- och viskoelasticitetskoefficienter) av flera gånger och även storleksordningar under inverkan av måttliga magnetfält, som lätt kan skapas i laboratorier och inom industrin.

Dessa unika egenskaper bygger på förmågan hos magnetiska partiklar att bevara den mest energiskt fördelaktiga gemensamma positionen i ett magnetfält av en given storlek. När materialet deformeras störs detta arrangemang, men partiklarna, som påverkas av magnetiska interaktionskrafter, tenderar att återvända till det. Detta genererar en ytterligare, ofta mycket stark, elastisk reaktion av materialet till dess deformation. Möjligheten att kontrollera det elastiska svaret hos en magnetisk gel med ett magnetfält är mycket lovande för många industriella och medicinska tekniker.

Det har visats att de magnetoelastiska fenomenen i magnetiska geler i stor utsträckning bestäms av partikelns ursprungliga rumsarrangemang i bärarpolymeren. I det nya arbetet av Andrei Zubarev (professor vid Institutionen för teoretisk och matematisk fysik, Ural Federal University, Ryssland) undersöktes deformationerna av ett polymerprov med en initial homogen (som en molekyl i gas) rumsfördelning av magnetiserbara partiklar. De resultat som uppnåtts av Zubarev och hans kollegor avslöjar egenskaperna hos förändringen i partiell sammansättning av partiklar under inverkan av fältet och den allmänna deformationen av kompositmaterialet, påverkan av dessa egenskaper på materialets elasticitetskoefficienter. Teorin förutsäger möjligheten till en radikal ökning av kompositens styvhet i ett yttre fält.

I framtiden kommer forskare att arbeta med material som syntetiseras i ett externt magnetfält. I detta fall bildar partiklarna, under inverkan av magnetisk attraktion, olika strukturer (linjära kedjor, täta kolonner, etc.), vilka kan stärka både materialets elastiska egenskaper och de magnetomekaniska fenomenen i den.

menu
menu