Magnetische gels zijn de nieuwe generatie "slimme" composietmaterialen. Ze bestaan ​​uit een polymeer medium en daarin ingebedde nano- of microdimensionale magnetische deeltjes. Deze composieten worden veelvuldig toegepast in magnetisch gestuurde schokdempers, stabilisatoren, veiligheidssystemen, en mechanische spanningsversterkers, evenals in de biotechnologie met het oog op de regeneratie van biologische weefsels. Een opmerkelijk kenmerk van magnetische gels is hun vermogen om hun elastische eigenschappen te veranderen onder invloed van matig sterke magnetische velden. Echter, de afhankelijkheid van elastische eigenschappen van deze materialen op het externe veld blijft een slecht bestudeerde kwestie. Onlangs, de fysieke aard van deze afhankelijkheden werd onderzocht door Alexander Zubarev, een professor aan de Ural Federal University. Hij presenteerde zijn bevindingen op de internationale conferentie IBEREO 2017 (Valencia, Spanje, 6-8 sept).

Magnetische gels zijn een relatief nieuw type multifunctioneel composietmateriaal. De eerste studies over hun synthese dateren van eind jaren tachtig tot begin jaren negentig, maar studies begonnen pas 10 jaar geleden serieus. Afhankelijk van de toepassing worden magnetische gels vervaardigd op basis van zowel synthetische als biologische polymeren. De grootte van de ingebedde magnetische deeltjes varieert van tientallen nanometers tot tientallen microns. Een van de meest interessante kenmerken van magnetische gels is hun vermogen om hun mechanische eigenschappen (elasticiteits- en visco-elasticiteitscoëfficiënten) meerdere malen en zelfs ordes van grootte te veranderen onder invloed van gematigde magnetische velden, gemakkelijk gemaakt in laboratoria en in de industrie.

Deze unieke eigenschappen zijn gebaseerd op het vermogen van magnetische deeltjes om de energetisch meest gunstige onderlinge positie in een magnetisch veld van een bepaalde grootte te behouden. Als het materiaal vervormd is, deze regeling wordt verstoord, maar de deeltjes, onder invloed van magnetische interactiekrachten, geneigd ernaar terug te keren. Dit genereert een extra, vaak erg sterk, elastische reactie van het materiaal op zijn vervorming. Het vermogen om de elastische respons van een magnetische gel met een magnetisch veld te regelen, is veelbelovend voor veel industriële en medische technologieën.

Er is aangetoond dat de magneto-elastische verschijnselen in magnetische gels grotendeels worden bepaald door de initiële ruimtelijke rangschikking van de deeltjes in het dragerpolymeer. In het nieuwe werk van Andrei Zubarev (hoogleraar van de afdeling Theoretische en Wiskundige Fysica, Oeral Federale Universiteit, Rusland), de vervormingen van een polymeermonster met een aanvankelijke homogene (als molecuul in gas) ruimtelijke verdeling van magnetiseerbare deeltjes werden onderzocht. De resultaten van Zubarev en zijn collega's onthullen de eigenaardigheden van de verandering in de onderlinge rangschikking van deeltjes onder invloed van het veld en de algemene vervorming van de composiet, de invloed van deze kenmerken op de elasticiteitscoëfficiënten van het materiaal. De theorie voorspelt de mogelijkheid van een radicale toename van de stijfheid van het composiet in een extern veld.

In de toekomst, wetenschappers gaan aan de slag met materialen die worden gesynthetiseerd in een extern magnetisch veld. In dit geval, de deeltjes, onder invloed van magnetische aantrekkingskracht, vormen verschillende structuren (lineaire ketens, dichte kolommen, enzovoort.), die in staat zijn om zowel de elastische eigenschappen van het materiaal als de magnetomechanische verschijnselen erin aanzienlijk te versterken.