Макарова Людмила Александровна
«Основы магнитореологических материалов»
Описание курса:
Магнитореологические материалы - материалы, реологические (связанные с процессами деформации и текучести) свойства которых могут быстро и обратимо меняться при приложении внешнего магнитного поля (вязкость, эластичность, пластичность). Они принадлежат к так называемому классу «умных» материалов, реагирующих на изменения в окружающей среде и в соответствии с ними изменяющих свои физические или химические свойства. В курсе проводится изложение единой физической классификации основных современных магнитореологических материалов. В рамках курса студенты познакомятся с основами теории физических процессов, происходящих в реологических средах, а также получат систематизированные знания об основных современных магнитореологических материалах, их характеристиках, технологиях их получения и методах исследования. Также одним из акцентов данного курса является изучение механизмов формирования свойств магнитореологических материалов, включая механические, магнитные и электрические свойства. На основе фундаментальных вопросов о магнитореологических материалах в рамках курса приводятся примеры развития не только области науки, связанной с физикой, но и область материаловедения – поиск и исследования новых материалов для различных практических внедрений. В рамках курса происходит знакомство с темой мультиферроиков и, в особенности, магнитоэлектриков на основе полимерных компонент.
Курс читается для студентов 3-го курса кафедры магнетизма (весенний семестр), поэтому в рамках курса рассматриваются также фундаментальные вопросы физики магнитных явлений. В основе курса лежат несколько областей науки: физика магнитных явлений, физика полимеров, химия полимеров, физика сегнетоэлектриков. Таким образом, курс может быть интересен студентам других физических специальностей, включая радиофизическое направление и направление физики полимеров и кристаллов.
План курса:
Лекция 1. Общая классификация современных магнитореологических материалов. Типы магнито-реологических материалов: феррожидкости и магнитные жидкости, гели, пластомеры, эластомеры.
Лекции 2-3. Магнитные частицы. Понятия суперпарамагнетизма и однодоменности, броуновская и неелевская релаксации намагниченности для одной частицы и для системы связанных частиц. Типы магнитных наночастиц (металлические, частицы в оболочке, полые частицы). Их основные параметры (температура Кюри, температура блокировки, стабильность).
Лекция 4. Реологические материалы. Классификация и предъявляемые требования. Влияние вязкоупругих свойств на характеристики композитов.
Лекции 5-6. Особенности магнитных характеристик для реологических композитных материалов с малой концентрацией магнитной компоненты. Отсутствие межчастичного взаимодействия, основные уравнения.
Лекция 7. Технологии изготовления магнитореологических материалов. Поверхностно-активные вещества. Полимерные цепи. Способы изменения модуля упругости полимера.
Лекции 8-9. Магнитные эластомеры. Механические свойства. Зависимость модуля Юнга от магнитного поля. Эффект Пейна, эффект памяти формы. Магнитодеформационный эффект. Основные модели для описания вязко-упругих свойств магнитных эластомеров.
Лекция 10. Электрические свойства магнитных эластомеров. Пьезосопротивление и магнитосопротивление: особенности структуры, типы наполняющих частиц.
Лекции 11-12. Магнитные свойства. Магнитномягкие и магнитнотвердые наполнители. Зависимость магнитных параметров от концентрации наполнителя. Особенности влияния матрицы на магнитные характеристики. Механизмы перемагничивания наполняющих частиц в упругой матрице.
Лекция 13. Мультиферроики на основе магнитореологических материалов. Общее понятие о мультиферроиках и области их применения. Магнитоэлектрический эффект, прямой и обратный. Особенности наполняющих частиц для появления мультиферроидных свойств. Сегнетоэлектрики. Композиты на основе полимера и смеси ферромагнитных и сегнетоэлектрических частиц.
Лекция 14. Основные методики для обнаружения магнитоэлектрического эффекта в трехкомпонентных магнитных эластомерах. Механизм изменения магнитных характеристик под действием электрических полей. Обратный магнитодеформационный эффект.
Лекция 15. Слоистые мультиферроики: механизм преобразования. Особенности композита на основе полимерных компонент. Механизмы магнито-электро-механической связи с слоистом материале «пьезополимер – магнитный эластомер». Магнитоэлектрический эффект в градиентном квазипостоянном или переменном магнитном поле. Магнитоэлектрический эффект в однородных переменном и постоянном магнитных полях. Поперечная конфигурация и новый механизм потери устойчивости.
Лекция 16. Методы исследования магнитореологических материалов: механические, магнитные, электрические свойства. Способы исследования структуры: малоугловая дифракция нейтронов, сканирующая электронная микроскопия, оптическая микроскопия. Изотропность и анизотропность магнитных эластомеров. Компьютерная микротомография: методика и границы применимости.
Лекция 17. Практические применения магнитореологических материалов. Магнитореологические материалы в медицине: контрастирующий агент в МРТ-исследованиях, препараты для гипертермической обработки патологических очагов в организме, целевая доставка лекарств. Магнитореологические материалы в промышленности: демпферы, насосы, клапаны, микро-движители. Применение мультиферроиков.
