Моделирование отклика микроферрогеля на внешнее магнитное поле
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2018.11.1.9Ключевые слова:
феррогель, магнитные наночастицы, молекулярная динамика, численное моделированиеАннотация
Метод крупнозернистой молекулярной динамики использован для изучения микроферрогеля - малого полимерного объекта, содержащего наночастицы магнитоактивного наполнителя. Хотя приложенное магнитное поле непосредственно воздействует только на частицы, но, благодаря их связи с полимером, структурные и механические изменения происходят во всём композите. Изучение этих изменений актуально в связи с широко обсуждаемыми возможностями применения микроферрогелей как дистанционно управляемых микроконтейнеров для доставки биоактивного содержимого или лекарств. В работе предложена и реализована численная модель, позволяющая детально анализировать стационарные состояния отдельного микроферрогеля, взвешенного в нейтральном растворителе. Исследовано влияние концентрации наночастиц и их магнитных характеристик (величины магнитного момента, степени магнитной одноосной анизотропии, параметра диполь-дипольной связи) на структурирование частиц в отсутствие внешнего поля и на эволюцию этих структур при наличии поля. Показано, что цепочечные кластеры являются фактически единственным типом агрегатов, возникающих в микроферрогеле, однако то, как они отразятся на поведении полимерной подсистемы, существенно зависит как от типа магнитной анизотропии частиц, так и от концентрации магнитной фазы. Это, в свою очередь, приводит к отличающимся друг от друга сценариям механического отклика микроферрогеля на внешнее магнитное возбуждение и по-разному сказывается на изменении объёма содержащегося в нём растворителя.
Скачивания
Библиографические ссылки
Li Y. et al. Magnetic hydrogels and their potential biomedical applications // Adv. Funct. Mater. – 2013. – Vol. 23, no. 6. – P. 660-672. DOI
Golovin Yu. I. et al. Towards nanomedicines of the future: Remote magneto-mechanical actuation of nanomedicines by alternating magnetic fields // J. Control. Release. – 2015. – Vol. 219. – P. 43-60. DOI
Turcu R. et al. Magnetic microgels, a promising candidate for enhanced magnetic adsorbent particles in bioseparation: synthesis, physicochemical characterization, and separation performance // Soft Matter.– 2015. – Vol. 11, no. 5. – P. 1008-1018. DOI
Sanchez L. M., Alvarez V. A., Gonzalez J. S. Ferrogels: Smart materials for biomedical and remedation applications // Handbook of Composites from Renewable Materials. (eds. Thakur V. K., Thakur M. K., Kessler M. R.) – Scrivener Publishing LLC, 2017. – Vol. 8. Nanocomposites: Advanced Applications. – P. 561-580. DOI
Weeber R., Kantorovich S., Holm C. Ferrogels cross-linked by magnetic nanoparticles—Deformation mechanisms in two and three dimensions studied by means of computer simulations // J. Magn. Magn. Mater. – 2015. – Vol. 383. – P. 262-266. DOI
де Жен П. Идеи скейлинга в физике полимеров.– М.: Мир, 1982. – 368 с.
Weeks J.D., Chandler D., Andersen H.C. Role of repulsive forces in determining the equilibrium structure of simple liquids // J. Chem. Phys.– 1971. – Vol. 54, no 12. – P. 5237-5247. DOI
Wood D.S., Camp P.J. Modeling the properties of ferrogels in uniform magnetic fields // Rev. E.. – 2011. – Vol. 83, no 1. – P. 11402. DOI
Weeber R., Kantorovich S., Holm C. Ferrogels cross-linked by magnetic particles: Field-driven deformation and elasticity studied using computer simulations // J. Chem. Phys.. – 2015. – Vol. 143, no 15. – P. 154901. DOI
Ryzhkov A. V. et al. Structure organization and magnetic properties of microscale ferrogels: The effect of particle magnetic anisotropy // J. Chem. Phys. – 2016. – Vol. 145, no 7. – P. 74905. DOI
Berendsen H.J.C. et al. Molecular dynamics with coupling to an external bath // J. Chem. Phys. – 1984. – Vol. 81, no 8. – P. 3684–3690. DOI
http://espressomd.org/wordpress / (дата обращения 29.03.2018)
Ryzhkov A.V., Raikher Y.L. Structural changes in microferrogels cross-linked by magnetically anisotropic particles // J. Magn. Magn. Mater. – 2017. – Vol. 431, no.1. – P. 192–195. DOI
https://fenicsproject.org / (дата обращения 29.03.2018)
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2018 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
