Российские исследователи из нескольких институтов Российской академии наук и Московского государственного университета разработали долговечные магнитные жидкости, способные менять свою жесткость под действием магнитного поля. Результаты работы опубликованы в журнале «Высокомолекулярные соединения».
Разработанные вещества относятся к классу магнитореологических жидкостей. В их основе лежит взвесь микроскопических частиц железа в силиконовой среде. При включении магнитного поля частицы мгновенно выстраиваются вдоль силовых линий, сцепляются друг с другом и превращают жидкость в подобие твердого тела. Однако до сих пор главным препятствием для их широкого применения было то, что тяжелые крупинки металла со временем оседали на дно, а также слипались в конгломераты из-за остаточной намагниченности.
Для решения этой проблемы специалисты покрыли микрочастицы железа тонкой оболочкой из кремнезема (SiO₂). Эта диэлектрическая оболочка служит своего рода немагнитной прокладкой, которая физически препятствует соприкосновению металлических ядер. Благодаря такому решению ученым удалось добиться компромисса: жидкость сохранила высокую чувствительность к магниту, но при этом частицы перестали слипаться в спокойном состоянии, что сделало состав стабильным.
Исследователи проверили свойства новых суспензий на реометре в магнитных полях силой до 1 тесла. Анализ подтвердил, что вязкость и упругость материала возрастают на несколько порядков. Чем сильнее поле, тем тверже становится состав, и наоборот. Это позволяет гибко управлять жесткостью материала. Кроме того, воздействие поля меняет электропроводность и теплопроводность состава.
По мнению авторов разработки, технология открывает путь к созданию долговечных механизмов для мягкой робототехники. Такие суспензии могут имитировать работу биологических мышц, меняя свою твердость в зависимости от нагрузки. Также новый состав позволит мгновенно изменять жесткость амортизаторов, подвесок и тормозных систем транспортных средств, автоматически подстраиваясь под качество дорожного покрытия или манеру вождения водителя.
Ранее ученые доказали, что одно из самых удивительных явлений в физике — квантовая запутанность — проявляется даже среди тяжелых и короткоживущих частиц, которые рождаются в самом мощном ускорителе мира — Большом адронном коллайдере в ЦЕРН. Подробнее об этом рассказали в другом материале Hi-Tech Mail.