Функциональные мягкие магнитные материалы- магнитные микрогели, магнитные кубические частицы и щетки из магнитных филаментов

Проект: Проект-Грант

Сведения о проекте

Описание

Данный проект, основываясь на накопленном научном опыте в области взвесей магнитных наночастиц, магнитных филаментов и магнитных гелей, направлен на разработку моделей функциональных покрытий, свойствами которых можно управлять при помощи внешнего магнитного поля. Эти покрытия являются новым классом магнитных мягких материалов, где под термином "магнитный мягкий материал" понимается жидкость, гель, коллоидная или полимерная суспензия, содержащая частицы с собственной остаточной намагниченностью и/или намагничиваемые внешним магнитным полем. Магнитные покрытия, на разработку и изучение которых направлен данный проект, могут быть подразделены на три класса, согласно типу составных элементов: магнитные филаменты, коллоиды с магнитными кубическими частицами и магнитные наночастицы (дипольные твердые сферы). В первом случае будут изучены щетки из магнитных филаментов, во втором – слои из магнитных кубов. В последнем случае будут рассмотрены полые области, внутри (в виде взвеси) или на поверхности (в форме звеньев полимерной матрицы – геля) которых расположены «традиционные» магнитные наночастицы. Во всех трех случаях будут изучены как плоские, так и сферические геометрии покрытий.
Конкретная научная задача, на решение которой направлен проект: найти форму и тип магнитных частиц, ориентацию магнитного момента внутри таких частиц и (или) структуру щетки из магнитных филаментов, микроструктурные превращения в которых во внешнем магнитном поле приводят к наиболее эффективному способу динамического управления скоростью течения магнитопассивной жидкости в микроканале или на поверхности, функционализированных данным мягким магнитным материалом.
Отметим, что синтез таких покрытий является очень трудоемким и дорогостоящим, а зачастую и просто невозможным по причине отсутствия базового знания о проведении различных компонент. Таким образом, необходимо сначала на уровне теории и компьютерного моделирования достичь фундаментального понимания структуры и свойств магнитных функциональных покрытий, самоорганизации в них структурных единиц при наличии пространственных ограничений, что и является главной целью нашего проекта. Данный проект, который позволит сузить спектр экспериментальных попыток синтеза мягких магнитных материалов за счет определения важнейших характеристик и управляющих параметров посредством теоретического анализа, является важным шагом в разработке магнитных мягких смарт-материалов с прогнозируемыми термодинамическими и реологическими свойствами.
Для достижения наших целей будет использована комбинация аналитических подходов, численных методов и компьютерного эксперимента. Проект будет реализован в сотрудничестве с экспериментальными группами Пьетро Тиерно (Prof. Pietro Tierno) из Университета г. Барселоны (Испания) и Регины вон Клитцинг (Prof. Regine von Klitzing) из Университета г. Дармштадт (Германия). Отметим, что эти две группы экспериментаторов являются признанными мировыми лидерами в области мягких магнитных материалов, аналогов которым, к сожалению пока нет в РФ. Сотрудничество с экспериментаторами, с одной стороны, позволит нам проверять адекватность и достоверность полученных в проекте результатов как удаленно, так и проводя краткосрочные совместные исследования, посещая их лаборатории, а, с другой стороны, эти группы не нуждаются в дополнительном финансировании со стороны РНФ для проведения исследований.
В заключение хотелось бы отметить новизну и актуальность данного проекта. Во-первых, проект междисциплинарен, он объединяет в себе сразу несколько областей физики и химии, причем наличие в нем магнитной компоненты делает его, насколько нам известно, уникальным. С другой стороны, данный проект является логическим продолжением исследований в области смарт-материалов и опирается на важнейшие достижения трех сформировавшихся в XX-ом веке направлений молекулярной физики (физической химии) и физики конденсированного состояния: полимеров, коллоидов и магнитных наночастиц. В основу данного проекта легла концепция, объединяющая все три вышеперечисленные компоненты и принцип самоорганизации в полимерных и коллоидных системах. Эта концепция уже приобрела особую значимость для разработки новых смарт-материалов. Основная идея состоит в том, что управляя степенью и типом самоорганизации в магнитных мягких материалах на уровне от десятка нанометров до нескольких микрон, можно точно контролировать макроскопические свойства данных систем: магнитный, реологический и механический.
СтатусАктивный
Действительная дата начала/окончания24/04/201931/12/2021

Тип источника финансирования (РФФИ, РНФ, Х/Д, Гранты и т.д.)

  • РНФ

ГРНТИ

  • 29.03.77 Моделирование физических явлений
  • 29.17.25 Анизотропные жидкости. Жидкие кристаллы
  • 29.17.41 Статистическая термодинамика

Площадка НИЧ УрФУ, где ведется данный грант (НИЧ Куйбышева, НИЧ Мира)

  • НИЧ Куйбышева