Поиск публикаций  |  Научные конференции и семинары  |  Новости науки  |  Научная сеть
Новости науки - Комментарии ученых и экспертов, мнения, научные блоги
Реклама на проекте

Ученые научились контролировать взаимодействие микрочастиц в по-разному вращающихся электрических и магнитных полях

Friday, 25 September, 18:09, poisknews.ru
25.09.20Физики из МГТУ имени Н. Э. Баумана изучили взаимодействие между сферическими микрочастицами во вращающихся магнитных и электрических полях. Оказалось, что при определенных параметрах вращения поля, описывающие кривую на поверхности конуса, цилиндра или эллипсоида, приводят к одинаковым взаимодействиям частиц в горизонтальной плоскости. Исследование, поддержанное грантом Российского научного фонда (РНФ), поможет создать технологии синтеза новых материалов с заданными свойствами на основе явления управляемой самоорганизации в мягкой материи. Работа опубликована в журнале Soft Matter.Если к плавающим в жидкости частицам приложить внешнее электрическое или магнитное поле, они могут поляризоваться: приобретают дипольный момент и взаимодействуют между собой. Однако если внешнее поле будет быстро вращаться в пространстве, намного быстрее, чем частицы движутся в растворе, то возникнет усредненное управляемое взаимодействие. В таком случае можно добиться сближения частиц друг с другом, или наоборот, их отдаления. Так, вращающиеся магнитные и электрические поля можно использовать, например, для самосборки новых материалов в растворах.В нашей работе коллоидные микрочастицы играют роль псевдоатомов, из которых можно создавать новые материалы. Во-первых, при помощи вращающихся полей можно управлять самосборкой в мягкой материи в режиме реального времени. Вы можете увидеть, что происходит в системе, ослабить или усилить регулируемые взаимодействия. Во-вторых, можете существенно ускорить различные процессы. И в-третьих, вы можете собрать структуры, которые вообще не должны были бы существовать при этих условиях в отсутствие поля,— поясняет руководитель проекта по гранту РНФ Станислав Юрченко, доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник Московского государственного технического университета имени Н. Э. Баумана.В своей работе ученые из МГТУ имени Н. Э. Баумана (Москва) рассчитали на компьютере, как будут себя вести сферические микрочастицы в по-разному вращающихся электрических и магнитных полях. Для расчета они использовали коллоидные частицы диоксида кремния в электрическом поле и частицы из оксида железа в магнитном поле. Сферические микрочастицы из этих материалов обычно используются в экспериментах с электрическими или магнитными полями. При этом поля могут по-разному вращаться, описывая в пространстве кривые, или годографы, лежащие на определенных геометрических поверхностях: в плоскости, на конусе, цилиндре и эллипсоиде. Исследователи нашли самосогласованные распределения каждого из полей и определили, как они будут влиять на взаимодействия между частицами.Оказалось, что в случаях конуса, цилиндра и эллипсоида взаимодействия можно привести друг к другу. Более того, можно даже создать особые «магические» годографы полей, когда частицы взаимодействуют с соседями одинаково во всех направлениях. Для конусообразного поля нужно, чтобы угол от оси до края был равен 54,7°, а для цилиндрического и эллиптического — чтобы было определенное соотношение между осями фигуры. При этом характеристики пространственных годографов можно изменять, чтобы частицы либо притягивались друг к другу, либо отталкивались и отдалялись друг от друга по-разному в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Для каждого конкретного случая есть возможность подобрать нужный тип взаимодействия в горизонтальном монослое коллоидных частиц: притяжение, отталкивание, барьерное взаимодействие — притяжение вблизи и отталкивание вдали, — или даже двухмасштабное отталкивание, когда одна частица отталкивает от себя только на определенном расстоянии.Для нас самих оказалось неожиданным, что такие сложные и разные конфигурации внешних полей напрямую взаимосвязаны между собой. Мы можем “конструировать” взаимодействия между частицами при помощи сложных пространственно-вращающихся полей, — рассказывает Станислав Юрченко. — Магические параметры, найденные нами, открывают возможность изучать управляемую самосборку и самоорганизацию в трехмерных материалах, а не только в монослое. Хотя эта работа — теоретическая, она очень важна для нашей экспериментальной программы и изучения области в целом. У нас уже идут исследования на установке для экспериментов, где взаимодействия между частицами регулируются вращающимися электрическими полями, и уже работаем с вращающимися магнитными полями. В дальнейшем мы планируем развивать направление с манипуляцией коллоидными частицами под действием света.Пресс-служба Российского научного фондаThe post Ученые научились контролировать взаимодействие микрочастиц в по-разному вращающихся электрических и магнитных полях appeared first on Поиск - новости науки и техники.
Читать полную новость с источника 

Комментарии (0)