Experimentelle Charakterisierung der magnetfeldabhängigen Eigenschaften neuartiger magnetischer Hybridmaterialien
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ein herausragendes Beispiel für einen intelligenten Verbundwerkstoff aus der Klasse der magnetischen Hybridmaterialien ist ein Elastomer auf der Basis einer Polymermatrix mit eingebetteten magnetischen Partikeln. Die Entwicklung neuer Anwendungen für diese Verbundwerkstoffe, insbesondere im Bereich der Sensorik, erfordert eine verstärkte feldabhängige Veränderung der Materialeigenschaften und eine größere Bandbreite der Magnetfeldsteuerung, die nur durch eine Änderung der Materialzusammensetzung erreicht werden kann. Im Rahmen des Projekts wurden die Studien zu magnetischen Hybridmaterialien mit komplexen internen Wechselwirkungen fortgesetzt, d. h. zu elastischen Polymeren, die mit Pulvern magnetisch weicher und magnetisch harter Mikropartikel gefüllt sind. Die Untersuchungen konzentrierten sich auf die magnetische und magnetorheologische Charakterisierung dieser Verbundwerkstoffe. Magnetische Untersuchungen haben eine quantitative Bestimmung der Wechselwirkungen zwischen den Mikropartikeln und der elastischen Polymermatrix ermöglicht, insbesondere durch Ermittlung der lokalen Elastizität der Matrix. Weiterhin wurde der Einfluss der zyklischen Magnetisierung des Verbundwerkstoffs auf sein magnetisches Verhalten quantitativ bestimmt. Es wurde unter anderem gezeigt, wie wichtig es ist, das Gleiten der magnetischen Partikel in der Polymermatrix zu berücksichtigen, um die Magnetisierung eines realen Komposits zu reproduzieren. Im Rahmen der Untersuchung der Anisotropie des magnetorheologischen Effekts wurde gezeigt, dass der gemessene Elastizitätsmodul von magnetischen Elastomeren abnimmt, wenn der Winkel zwischen dem externen Magnetfeld und der aufgebrachten Scherdeformation zunimmt. Der Effekt ist minimal, wenn das Feld nahezu senkrecht zur mechanischen Belastung steht, was gegenteilig zu dem Effekt in magnetorheologischen Flüssigkeiten ist. Die Projektergebnisse haben nicht nur zum Verständnis der Physik magnetischer Phänomene in elastischen magnetischen Polymerkompositen beigetragen, sondern dienen auch als Grundlage für die weitere anwendungsorientierte Entwicklung von intelligenten Kompositen mit einstellbarer Anisotropie. Aus Gründen, die mit der Einstellung der internationalen Zusammenarbeit im Rahmen der DFG-RFFI-Projekte zusammenhängen, konnten nicht alle geplanten Kooperationsaufgaben antragsgemäß durchgeführt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Ring-like structures in magnetoactive elastomers based on magnetic hard powder. Smart Materials and Structures, 30(1), 015023.
Stepanov, G V; Borin, D Yu; Bakhtiiarov, A V; Lobanov, D A & Storozhenko, P A
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Magnetic Response of Magnetoactive Elastomers with Allowance for Slippage at the Particle‐Matrix Interfaces. Advanced Theory and Simulations, 4(5).
Vaganov, Mikhail V.; Borin, Dmitry Yu.; Odenbach, Stefan & Raikher, Yuriy L.
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On the shear test of a MR elastomer under magnetic field applied at various angles. Smart Materials and Structures, 31(2), 025016.
Dohmen, Eike & Borin, Dmitry
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FORC analysis of magnetically soft microparticles embedded in a polymeric elastic environment. Journal of Physics D: Applied Physics, 55(15), 155001.
Borin, Dmitry Yu & Vaganov, Mikhail V
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Magnetization of magnetoactive elastomers under the assumption of breakable adhesion at the particle/matrix interface. Soft Matter, 18(25), 4667-4678.
Vaganov, Mikhail V.; Borin, Dmitry Yu.; Odenbach, Stefan & Raikher, Yuriy L.
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Magneto-elastic coupling as a key to microstructural response of magnetic elastomers with flake-like particles. Soft Matter, 18(3), 496-506.
Dobroserdova, Alla; Schümann, Malte; Borin, Dmitry; Novak, Ekaterina; Odenbach, Stefan & Kantorovich, Sofia
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Magnetoresistive and magnetocapacitive effects in magnetic elastomers. SN Applied Sciences, 4(6).
Stepanov, G. V.; Bakhtiiarov, A. V.; Lobanov, D. A.; Borin, D. Yu.; Semerenko, D. A. & Storozhenko, P. A.
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Magnetorheological effect in dense magnetic polymers. The European Physical Journal Special Topics, 231(6), 1165-1173.
Borin, Dmitry; Stepanov, Gennady; Musikhin, Anton & Zubarev, Andrey
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Shape-programmable cantilever made of a magnetoactive elastomer of mixed content. Smart Materials and Structures, 31(10), 105021.
Becker, T I; Stolbov, O V; Biller, A M; Borin, D Yu; Stolbova, O S; Zimmermann, K & Raikher, Yu L
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Surface influence on the stationary shear deformation of a magnetorheological fluid. The European Physical Journal Special Topics, 231(6), 1159-1163.
Borin, Dmitry; Spörl, Eva Marita; Zubarev, Andrey & Odenbach, Stefan
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Fabrication and Actuation of Magnetic Shape-Memory Materials. ACS Applied Materials & Interfaces (2023, 11, 4).
Vazquez-Perez, Francisco J.; Gila-Vilchez, Cristina; Leon-Cecilla, Alberto; Álvarez de Cienfuegos, Luis; Borin, Dmitry; Odenbach, Stefan; Martin, James E. & Lopez-Lopez, Modesto T.
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On the Use of X-ray Microtomography to Investigate the Field-driven Structure and Rheology in Magnetorheological Elastomers. Magnetic Soft Matter (2023, 6, 7), 213-228. The Royal Society of Chemistry.
Borin, D. & Odenbach, S.
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Transient dynamics of the field induced force in the isotropic magnetorheological elastomer. Smart Materials and Structures, 32(6), 065016.
Kubík, M; Borin, D & Odenbach, S
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Magnetic training of the soft magnetorheological elastomers. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 589(2024, 1), 171499.
Borin, Dmitry; Vaganov, Mikhail & Odenbach, Stefan
