Ультрадисперсные ферромагнетики в мягких полимерах: магнитное управление внутренней структурой и макроскопическими деформациями

Аннотация

Магнитореологические эластомеры (МРЭ) - это дисперсии магнитомягких ферромагнетиков (размер частиц - единицы микрон) в высокоэластических матрицах. Такие композиты, демонстрируя сильную реакцию на приложенное поле, проявляют ряд уникальных свойств (мощная магнитострикция, эффект магнитной памяти формы), что чрезвычайно привлекательно для практики. Основой функциональности МРЭ являются структурные изменения на мезоскопическом уровне, то есть на масштабах порядка размеров частиц и межчастичных расстояний. Эти процессы протекают под влиянием двух конкурирующих факторов: магнитных сил, стремящихся перегруппировать частицы, и упругих напряжений, возникающих в матрице в ответ на это. В настоящей работе изучена магнитомеханика модельного представительного элемента МРЭ - пары частиц, заключенных в упругий массив. Впервые снят ряд необоснованных упрощений, которые пока общеприняты в литературе. А именно:(1) закон намагничивания взят в нелинейной форме, (2) частицы рассматриваются как объекты конечных размеров, (3) учитывается физическая нелинейность упругости эластомера, (4) уравнения равновесия записаны и решаются в терминах теории конечных деформаций. Показано, что намагничивание элемента МРЭ порождает бистабильность (режим с двумя устойчивыми состояниями), следствием чего является образование парного кластера, протекающее по гистерезисному сценарию. Наличие магнитомеханического гистерезиса на мезоскопическом уровне естественным образом объясняет причины магнитоиндуцированной пластичности (магнитной памяти формы), наблюдаемой на макроскопических образцах МРЭ.