Elastomer magnetoreologiczny

Elastomery magnetoreologiczne (MRE) (zwane również elastomerami magnetoczułymi) to klasa ciał stałych, które składają się z matrycy polimerowej z osadzonymi ferromagnetycznymi cząstkami mikro- lub nanowymiarowymi, takimi jak żelazo karbonylowe . W wyniku tej mikrostruktury kompozytu, właściwości mechaniczne tych materiałów mogą być kontrolowane przez zastosowanie pola magnetycznego.

Produkcja

MRE są zazwyczaj przygotowywane w procesie utwardzania polimerów. Materiał polimerowy (np. kauczuk silikonowy) w stanie ciekłym miesza się z proszkiem żelaza i kilkoma innymi dodatkami poprawiającymi ich właściwości mechaniczne. Cała mieszanina jest następnie utwardzana w wysokiej temperaturze. Utwardzanie w obecności pola magnetycznego powoduje, że cząsteczki żelaza układają się w struktury podobne do łańcuchów, w wyniku czego powstaje materiał anizotropowy. Jeśli pole magnetyczne nie jest przyłożone, cząsteczki żelaza są losowo rozmieszczone w ciele stałym, w wyniku czego powstaje materiał izotropowy. Niedawno, w 2017 roku, zaawansowana technologia, druk 3D został również użyty do skonfigurowania cząstek magnetycznych wewnątrz matrycy polimerowej.

Klasyfikacja

MRE można sklasyfikować według kilku parametrów, takich jak: rodzaj cząstek, matryca, struktura i rozkład cząstek: ^{[ potrzebne źródło ]}

Właściwości magnetyczne cząstek

Miękkie cząsteczki magnetyczne
Twarde cząstki magnetyczne
Cząstki magnetostrykcyjne
Magnetyczne cząstki z pamięcią kształtu

Struktura macierzy

Stała matryca
Porowata matryca

Właściwości elektryczne matrycy

Matryca izolująca
Matryca przewodząca

Dystrybucja cząstek

izotropowe
anizotropowe

Studia teoretyczne

Aby zrozumieć zachowanie magneto-mechaniczne MRE, należy przeprowadzić badania teoretyczne, które łączą teorie elektromagnetyzmu z mechaniką . Teorie takie nazywane są teoriami magnetomechaniki.

Programowalne magnetopolimery

Magnetopolimery o dużej remanencji są zwykle tworzone przez połączenie cząstek magnetycznie twardych z matrycą polimerową. Orientacja cząstek magnetycznych jest zwykle kontrolowana za pomocą zewnętrznego pola magnetycznego podczas procesu polimeryzacji, a następnie mechanicznie ustalana po zsyntetyzowaniu materiału. Ponieważ temperatura Curie tych magnetopolimerów przekracza temperaturę, w której matryca polimerowa uległaby rozpadowi, należy je rozmagnesować, aby ponownie namagnesować. Oznacza to, że funkcjonalność tych magnetopolimerów jest ograniczona i można je na stałe zaprogramować tylko podczas produkcji.

Programowalne magnetopolimery osadzają atermiczne cząstki ferromagnetyczne w kropelkach materiałów o niskiej temperaturze topnienia w matrycach polimerowych. Powyżej temperatury topnienia kropli cząstki mają swobodę ruchu obrotowego. Wyjątkowość tych kompozytów tkwi w ich łatwo przeprogramowalnych profilach magnetyzacji. Takie zachowanie wynika z faktu, że cząstki (1) są atermiczne, (2) mają temperatury Curie powyżej temperatury topnienia kropelek i (3) są utrwalone w stałych kropelkach, mając jednocześnie pełną swobodę rotacji w stopionych kropelkach. To łatwe przeprogramowanie jest cechą krytyczną dla takich materiałów, które mają być używane w szerokim zakresie zastosowań.

Aplikacje

MRE były używane do zastosowań związanych z izolacją drgań, ponieważ ich sztywność zmienia się w polu magnetycznym

^ Magnetorheology , redaktor: Norman M Wereley, Royal Society of Chemistry, Cambridge 2014, https://pubs.rsc.org/en/content/ebook/978-1-84973-754-8
^ Jolly, MR, Carlson, JD & Muñoz, BC Model zachowania materiałów magnetoreologicznych. Mądra Matko. Struktura. 5, 607-614 (1996).
^ AK Bastola, VT Hoang, L. Lin. Nowatorski hybrydowy elastomer magnetoreologiczny opracowany przez druk 3D. Materiały i projektowanie 114, 391–397 (2017) [ link ] .
^ Kankanala, SV & Triantafyllidis, N. Na skończenie naprężonych magnetoreologicznych elastomerach. J. Mech. fizyka Ciała stałe 52, 2869–2908 (2004).
^ Dorfmann, A. & Ogden, RW Magnetoelastyczne modelowanie elastomerów. Eur. J. Mech. - A/Solids 22, 497-507 (2003).
^ Piosenka, Hyeonseo; Lee, Hajun; Lee, Jaebyeong; Choe, Jun Kyu; Lee, Suwoo; Yi, Jee Yoon; Park, Sunghoon; Yoo, Jung-Woo; Kwon, Min Sang; Kim, Jiyun (3 czerwca 2020). „Reprogramowalne domeny ferromagnetyczne dla rekonfigurowalnych miękkich siłowników magnetycznych”. Nano litery . 20 (7): 5185–5192. Bibcode : 2020NanoL..20.5185S . doi : 10.1021/acs.nanolett.0c01418 . eISSN 1530-6992 . ISSN 1530-6984 . PMID 32491865 . S2CID 219319700 .
^ ^a ^b Kaya, Kerem; Iseri, Emre; van der Wijngaart, Wouter (6 grudnia 2022). „Miękki metamateriał z programowalnym ferromagnetyzmem” . Mikrosystemy i nanoinżynieria . 8 (1): 127. Bibcode : 2022MicNa...8..127K . doi : 10.1038/s41378-022-00463-2 . eISSN 2055-7434 . PMC 9722694 . PMID 36483621 . Ten artykuł zawiera tekst z tego źródła, które jest dostępne pod nazwą CC BY 4.0 .
Bibliografia _ Sattari, Kianoosh; Xie, Yunchao; Liao, Ping; Yan, Zheng; Lin, Jian (10 grudnia 2020). „Laserowe przeprogramowanie anizotropii magnetycznej w miękkich kompozytach w celu rekonfigurowalnego kształtowania 3D” . Komunikacja natury . 11 (1): 6325. Bibcode : 2020NatCo..11.6325D . doi : 10.1038/s41467-020-20229-6 . eISSN 2041-1723 . PMC 7730436 . PMID 33303761 .
^ Deng, HX, Gong, XL & Wang, LH Opracowanie adaptacyjnego dostrojonego tłumika drgań z elastomerem magnetoreologicznym. Mądra Matko. Struktura. 15, N111-N116 (2006) [łącze] .
^ Behrooz, M., Wang, X. i Gordaninejad, F. Wydajność nowego magnetoreologicznego systemu izolacji elastomeru. Mądra Matko. Struktura. 23, 045014 (2014) [łącze] .