Магнитно-активируемые материалы: стремительная сила малых частиц

К другой категории интеллектуальных материалов относятся магнитореологические (МР) жидкости. Реологические свойства таких жидкостей изменяются при наложении магнитного поля. Вызываемое изменение пропорционально напряженности магнитного поля, может очень точно регулироваться путем изменения этой напряженности и мгновенно исчезает после снятия магнитного поля. Типичная МР-жидкость представляет собой суспензию микрочастиц (обычно размером от 3 до 8 микрон) магнитных материалов (как правило, от 20 до 40 об. % МР-жидкости составляют частицы чистого железа) в жидкости носителе, например, в минеральном масле, синтетическом масле, воде или гликоле. Различные поверхностно-активные вещества, например, олеиновая или лимонная кислота, гидроксид тетраметиламмония или соевый лецитин, также добавляются в состав МР-жидкостей для предотвращения оседания частиц. Системы МР-материалов могут изготавливаться в виде гелей, пен, порошков, смазок и даже твердых эластомеров.

В отсутствие магнитного поля частицы в МР-жидкости распределены хаотически. При наложении магнитного поля частицы выстраиваются вдоль силовых линий поля в цепочки, оказывающие сопротивление потоку или деформации сдвига перпендикулярно направлению магнитного поля и резко увеличивающие вязкость (или, точнее, предел текучести) в этом направлении. После удаления магнитного поля цепочки частиц распадаются (под действием случайных броуновских сил), и восстанавливается первоначальная вязкость.

МР-жидкости в основном используются в различных демпфирующих системах: гидравлических роторных тормозах, демпферах систем амортизации и т.д.

К другому классу магнитно-активируемых материалов относятся магнитострикционные вещества. Магнитострикция – это свойство ферромагнитных материалов изменять свою форму при наложении магнитного поля. Магнитострикция была открыта в 1842 г. Джеймсом П. Джоулем, который обратил внимание на то, что длина образца железа изменяется после наложения магнитного поля. Помимо данного эффекта, который также называют эффектом Джоуля, существует обратный эффект, получивший название эффекта Виллари, при котором приложение механического напряжения к материалу вызывает изменение его намагниченности. Такое поведение напоминает прямой и обратный пьезоэлектрические эффекты. По сути дела макроскопические механизмы пьезоэлектричества и магнитострикции сходны и отличаются друг от друга лишь тем, что пьезоэлектрические эффекты определяются действием электрического поля на заряды, электрические диполи или домены, тогда как магнитострикционный эффект задается действием магнитного поля на магнитные домены – области однородной намагниченности. Магнитное поле, налагаемое на ферромагнитный образец, смещает магнитные домены, вызывая макроскопически определяемые изменения формы и размера образца. И наоборот, прилагаемое механическое напряжение вызывает механическое смещение магнитных доменов, таким образом изменяя намагниченность образца. Прямой магнитострикционный эффект (Джоуля) используется в магнитострикционных исполнительных устройствах, а эффект Виллари – в магнитострикционных датчиках. На основе магнитострикции могут быть созданы такие устройства, как телефоны в телефонных трубках, гидрофоны, магнитострикционные ультразвуковые генераторы гидролокаторов, линейные и ротационные двигатели и разнообразные датчики деформации, движения, положения и силы.