Микромасштабное моделирование магнитодеформационного отклика образцов феррогелей с разной структурой полимерной матрицы - Меленев, П.В.; Рыжков, А.В. (Вестник Пермского федерального исследовательского центра, 2021)
Феррогели - это мягкие магнитно-активные композиционные материалы, матрицей в которых служат, как правило, гидрогели, а наполнителем - ферромагнитные коллоидные частицы. Ярко выраженная взаимосвязь магнитных и механических характеристик подобных материалов, а также их биосовместимость открывают возможность применения феррогелей в широком круге биомедицинских приложений. Сложность прямых наблюдений за процессами, происходящими на структурном масштабном уровне и играющими ключевую роль в формировании уникальных свойств феррогелей, повышает значение теоретических исследований внутреннего состояния материала. В работе представлены результаты моделирования поведения малого образца феррогеля, полученные с применением метода крупнозернистой молекулярной механики. Матрица композита имитируется квазирегулярной сеткой идеальных полимерных цепей, а магнитные частицы включения, обладающие однодоменной структурой и одноосной магнитной анизотропией, помещаются в узлы этой сетки. Рассмотрено состояние образца в отсутствии внешнего воздействия, а также в циклах квазистатического намагничивания для двух вариантов топологии полимерной сетки (простой кубической и алмазоподобной), для различных величин магнитного момента частиц, их концентрации, а также энергии анизотропии. Моделирование показало, что применение более мягкой матрицы с алмазоподобной структурой усиливает магитодеформационные эффекты. Наличие магнитной анизотропии приводит к возникновению дополнительных локальных напряжений при переориентации магнитных моментов, что затрудняет агрегирование частиц и намагничивание материала. Кроме того, обнаружено, что энергия анизотропии определяет характер изменения объёма образца в поле.