Эксперты обсудили актуальные вопросы работы с магнитными жидкостями

11:09, 28 мая 2019

В вузе состоялся научный семинар «Внутренняя структура полидисперсных магнитных жидкостей»

Тематика обсуждавшихся исследований была посвящена решению проблемы, которая давно находится в фокусе многих исследователей. Фото из личного архива Анны Соловьевой.

В Уральском федеральном университете состоялся научный семинар на тему «Внутренняя структура полидисперсных магнитных жидкостей». В этот же день прошла защита диссертации Анны Соловьевой «Структурные и магнитные свойства полидисперсных феррожидкостей: теория и компьютерное моделирование».

Тематика обсуждавшихся исследований была посвящена решению проблемы, которая давно находится в фокусе многих исследователей: определению взаимосвязи внутренней структуры магнитной жидкости и ее магнитных характеристик. Сложность проблемы в том, что магнитная жидкость (феррожидкость) представляет собой коллоидный раствор магнитных частиц, покрытых слоем поверхностно-активного вещества, которые взаимодействуют между собой весьма сложным образом. Причем потенциал взаимодействия не является центрально-симметричным.

«При этом, если экспериментальные данные по магнитным характеристикам относительно легко доступны, то определение внутренней структуры жидкости затруднено, — отмечает Анна Соловьева. — В связи с этим проблема превращается в типичную некорректную обратную задачу, когда целью является определение структуры по конечным экспериментальным данным, что является одной из сложнейших задач моделирования».

Актуальность тематики связана с двумя причинами. Первая состоит в том, что магнитные жидкости широко применяются в многочисленных технических устройствах. Причем принципиальными для работы этих устройств являются именно магнитные характеристики, которые в значительной степени определяются составом магнитных жидкостей и, как следствие, их структурой. Таким образом, полученные результаты критически важны. Вторая причина — в отсутствии надежных математических моделей, численных методов и комплексов программ, описывающих и позволяющих прогнозировать взаимосвязь структурных и магнитных свойств жидкостей и, соответственно, управлять ими.

«Особый интерес как для практического использования, так и с теоретической точки зрения представляют достаточно концентрированные феррожидкости, — поясняет Анна Соловьева. — Даже в умеренно концентрированных коллоидных системах, где доля объемной фазы составляет всего несколько процентов, межчастичные магнитные взаимодействия существенно влияют на все их физические характеристики. Кроме того, феррожидкости состоят из магнитных наночастиц разного размера, что значительно усложняет их теоретическое описание. Востребованность этих результатов не вызывает сомнения, что и определяет актуальность и научную значимость этого исследования».

В УрФУ разработаны алгоритмы для численного расчета структурных и магнитных свойств феррожидкости, способы оценки погрешности статистических данных, дискретные модельные системы, используемые для проведения компьютерных экспериментов. Сравнение численных результатов, полученных с помощью описанных методов расчета исследуемых характеристик, с теоретическими выражениями радиальной функции распределения, структурного фактора, намагниченности и восприимчивости демонстрируют качественное и количественное согласие обоих подходов, используемых для описания полидисперсных феррожидкостей. Также разработаны комплексы программ и порядок запуска компьютерных экспериментов.