Структура и свойства магнитных эластомеров: влияние формы и магнитной анизотропии частиц

В последние двадцать лет системы магнитных частиц, внедренных в немагнитную упругую полимерную матрицу – магнитные гели и эластомеры – вызывают повышенный интерес. В первую очередь данный интерес вызван тем, что макроскопическая форма, магнитный, механический и реологический отклики таких систем могут контролироваться внешним магнитным полем. Как правило, при приложении внешнего магнитного поля магнитные гели и эластомеры демонстрируют быструю и сильную деформацию, а их упругие модули могут быть пространственно анизотропными. Материалы с такими свойствами могут быть использованы не только для производства адаптивных демпфирующих устройств, виброгасителей или малоразмерных манипуляторов и сенсоров, но и для создания искусственных мышц и матриц для выращивания биологических тканей, необходимых в регенеративной медицине и трансплантологии. Важно понимать, что механические и магнитные свойства эластомеров во многом определяются характеристиками полимерной матрицы, размером, магнитной природой и подвижностью внедренных частиц, а также взаимодействием последних с матрицей-носителем. Однако в силу оптических и структурных особенностей магнитных гелей и эластомеров, процессы, происходящие на масштабах нескольких микрометров и ниже, очень сложно наблюдать без изменения структуры или целостности образца. В то же время именно эти процессы являются решающими в макроскопическом отклике. Не только экспериментальное наблюдение микроструктурных превращений в магнитных гелях и эластомерах представляет собой технически сложную задачу, но и чисто теоретические подходы сталкиваются с проблемой аккуратного учета межчастичных взаимодействий, полидисперсности и механических сил, вызванных связью между частицами и матрицей-носителем. Компьютерное моделирование, с другой стороны, позволяет значительно продвинуться в понимании магнитных гелей и эластомеров, при условии, что при расчетах адекватно совмещены пространственные и временные масштабы процессов, происходящих в образцах. В данном проекте преследуются две основные цели. Во-первых, изучить динамический отклик магнитных эластомеров с частицами различной формы, магнитной анизотропии и связкой с полимерной матрицей. Во-вторых, описать поведение свободной поверхности такого эластомера под действием внешнего переменного магнитного поля, направленного перпендикулярно плоскости образца.