Изучено поведение «умного» геля в магнитном поле

Магнитные гели — «умные» композитные материалы из полимерной среды и внедренных в нее нано- или микроразмерных магнитных частиц, которые меняют свои свойства под действием магнитных полей. Группа ученых Уральского федерального университета (УрФУ) изучила, как упругие характеристики этих материалов меняются под действием внешних полей, и представила результаты своей работы на международной конференции IBEREO 2017, The multidisciplinary Science of Rheology.

Магнитные гели – «молодой» вид композиционных многофункциональных материалов. Эти композиты находят активное применение в магнитоуправляемых амортизаторах, стабилизаторах, системах безопасности, усилителях механических напряжений, а также в инженерии и регенерации биологических тканей. Первые работы по их синтезу относятся к концу 80-х – началу 90-х годов прошлого столетия, а активно их начали изучать около десяти лет назад. В зависимости от предназначения, эти системы изготовляются на основе как синтетических, так и биологических полимеров; размер внедряемых магнитных частиц варьируется от нескольких десятков нанометров до десятков микрон. Одной из самых интересных особенностей магнитных гелей является их способность менять свои механические свойства (коэффициенты упругости и вязкоупругости) в разы и даже на порядки величины под действием умеренных магнитных полей, легко создаваемых в лабораторных и практических условиях.

В основе этих явлений лежит способность магнитных частиц к сохранению наиболее энергетически выгодного взаимного расположения в магнитном поле данной величины. При деформировании материала это расположение нарушается, но частицы под действием сил магнитного взаимодействия стремятся вернуться к нему. Это порождает дополнительную, часто очень сильную, упругую реакцию материала на его деформацию. Возможность управлять упругой реакцией магнитного геля при помощи магнитного поля оказывается очень перспективной для многих промышленных и медико-биологических технологий.

Анализ показывает, что магнитоупругие явления в магнитных гелях во многом определяются начальным пространственным расположением частиц в несущем полимере.

В новой работе теоретически исследовались деформации полимерного образца с начальным однородным (как молекулы в газе) пространственным распределением намагничивающихся частиц. Такие системы изготавливаются для многих технологий и изучаются в экспериментальных работах. Результаты работы вскрывают особенности изменения взаимного расположения частиц, происходящего под действием поля и общей деформации композита, влияние этих особенностей на коэффициенты упругости материала. Теория предсказывает возможность увеличения в разы жесткости композита во внешнем поле.

В дальнейшем ученые собираются работать с материалами, синтез которых происходит во внешнем магнитном поле. В этом случае частицы под действием магнитного притяжения объединяются в различные структуры (линейные цепочки, плотные колонны и т.д.), которые способны значительно усилить как упругие свойства материала, так и магнитомеханические явления в нем.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.