Naukowcy badają "inteligentny" żel magnetyczny w polu magnetycznym

Naukowcy badają czy wszechświat jest holograficzny - AstroSzort (Czerwiec 2019).

Anonim

Żele magnetyczne są nową generacją "inteligentnych" materiałów kompozytowych. Składają się one z ośrodka polimerowego i osadzonych w nim nanometrycznych lub mikroskopowych cząstek magnetycznych. Kompozyty te są często stosowane w sterowanych magnetycznie amortyzatorach, stabilizatorach, systemach bezpieczeństwa i mechanicznych wzmacniaczach stresowych, a także w biotechnologii w celu regeneracji tkanek biologicznych. Niezwykłą cechą żeli magnetycznych jest ich zdolność do zmiany ich właściwości sprężystych pod wpływem umiarkowanie silnych pól magnetycznych. Jednak zależność właściwości sprężystych tych materiałów od pola zewnętrznego pozostaje słabo zbadaną kwestią. W ostatnim czasie fizyczną naturę tych zależności badał Aleksander Zubarew, profesor Uniwersytetu Uralskiego. Przedstawił swoje odkrycia na międzynarodowej konferencji IBEREO 2017 (Walencja, Hiszpania, 6-8 września).

Żele magnetyczne są stosunkowo nowym rodzajem kompozytowego materiału wielofunkcyjnego. Pierwsze badania nad ich syntezą datują się od końca lat 80. do wczesnych lat 90. XX wieku, ale badania rozpoczęły się na dobre zaledwie 10 lat temu. Żele magnetyczne są wytwarzane na bazie syntetycznych i biologicznych polimerów w zależności od zastosowania. Rozmiar osadzonych cząstek magnetycznych zmienia się od dziesiątek nanometrów do dziesiątek mikronów. Jedną z najciekawszych cech żeli magnetycznych jest ich zdolność do zmiany ich właściwości mechanicznych (współczynniki sprężystości i lepkosprężystości) kilkakrotnie, a nawet rzędów wielkości pod wpływem umiarkowanych pól magnetycznych, łatwo tworzonych w laboratoriach i przemyśle.

Te unikalne właściwości są oparte na zdolności cząstek magnetycznych do zachowania najbardziej korzystnej energetycznie wzajemnej pozycji w polu magnetycznym o danej wielkości. Kiedy materiał jest zdeformowany, układ ten zostaje przerwany, ale cząstki, pod wpływem sił oddziaływania magnetycznego, mają tendencję do powrotu do niego. Generuje to dodatkową, często bardzo silną, elastyczną reakcję materiału na jego odkształcenie. Zdolność do kontrolowania elastycznej odpowiedzi żelu magnetycznego za pomocą pola magnetycznego jest bardzo obiecująca dla wielu technologii przemysłowych i medycznych.

Wykazano, że zjawiska magnetoelastyczne w żelach magnetycznych są w dużej mierze zdeterminowane przez początkowe rozmieszczenie przestrzenne cząstek polimeru nośnikowego. W nowej pracy Andrieja Zubareva (profesora Wydziału Fizyki Teoretycznej i Matematycznej Uralskiego Uniwersytetu Federalnego w Rosji) zbadano deformacje próbki polimeru o początkowej homogenicznej (jako cząsteczka w gazie) przestrzennej dystrybucji cząstek magnesowalnych. Wyniki uzyskane przez Zubareva i jego kolegów ujawniają osobliwości zmiany wzajemnego układu cząstek pod wpływem pola i ogólnego odkształcenia kompozytu, wpływ tych cech na współczynniki sprężystości materiału. Teoria przewiduje możliwość radykalnego zwiększenia sztywności kompozytu w polu zewnętrznym.

W przyszłości naukowcy będą pracować z materiałami, które są syntetyzowane w zewnętrznym polu magnetycznym. W tym przypadku cząstki, pod wpływem przyciągania magnetycznego, tworzą różne struktury (łańcuchy liniowe, gęste kolumny itp.), Które są w stanie znacznie wzmocnić zarówno właściwości sprężyste materiału, jak i zjawiska magnetomechaniczne w nim.

menu
menu