Магниты бывают не только твердыми, какие мы знаем с детства и чьи особенности изучали на уроках физики. Их стали делать еще и жидкими. Такие субстанции не только любопытны с научной точки зрения, но и обладают важными для прикладного использования свойствами. Подобного рода инновационные вещества вызывают огромный интерес исследователей, пытающихся полнее раскрыть их возможности. В их числе доцент Северо-Кавказского федерального университета кандидат физико-математических наук Артур ЗАКИНЯН, научный проект которого поддержан грантом Президента РФ. Молодой ученый занимается математическим моделированием гидродинамических процессов в намагничивающихся жидкостях. С его помощью в весьма специфическом вопросе постарался разобраться наш корреспондент.
— Магнитные жидкости — искусственно созданные материалы, — рассказывает Артур Закинян. — Ими могут быть, например, вода или масло, в которые добавлены мельчайшие наночастицы магнитного вещества (железа, кобальта или никеля). Находясь в беспорядочном тепловом движении, они придают всей жидкости способность взаимодействовать с магнитным полем. Представьте субстанцию, похожую на крепкий кофе или черный чай, однако, если поднести к ней магнит, она немедленно притянется к нему. Такое поведение не свойственно никаким другим жидким средам, встречающимся в природе. И это открывает широкие перспективы для изучения и использования. С помощью магнитного поля жидкость можно перемещать или удерживать в нужном месте пространства, придавать ей необходимую форму. Более того, все это делается дистанционно, без прямого контакта с веществом.
Магнитные жидкости уже нашли применение в таких технических устройствах, как герметизаторы, сепараторы, громкоговорители, теплообменники, полировальные установки, сенсоры ускорения и крена. Продолжают появляться новые сферы применения таких сред, особенно часто в медицине, а также в такой относительно новой области научных исследований и практического использования, как микрофлюидика. Микрофлюидика — это междисциплинарная область, находящаяся на стыке физики, химии, биологии и нанотехнологий, где сходятся проблемы управления, контроля и манипулирования малыми объемами жидкости — от микролитров до пиколитров.
— Зачем нужно моделировать гидродинамические процессы?
— Когда речь заходит о жидкостях с новыми свойствами, например магнитными, вполне естественно, что на первый план выходит изучение гидродинамических процессов в этих средах. Это особенно важно с общенаучной точки зрения, потому что открываются новые возможности и новые подходы к фундаментальным научным проблемам.
Такие исследования важны и с практической точки зрения. В упомянутых примерах прикладного использования магнитных жидкостей большую роль играют разного рода гидродинамические процессы, которые в них происходят под влиянием поля. Описание закономерностей таких процессов, а также их моделирование поможет повысить прикладную эффективность и найти новые сферы применения необычных материалов.
— В чем особенности вашего направления исследований?
— Я занимаюсь изучением динамики капель магнитной жидкости, процессов на ее границе и окружающих сред. Исследую закономерности устойчивости и распада равновесных конфигураций намагничивающейся жидкости в силовых полях. Делаю акцент на выяснении специфики этих явлений при переходе от макроскопического масштаба к микроскопическому. Например, рассматривая поведение капель и микрокапель, выявляю зависимость макроскопических гидродинамических процессов от свойств и поведения наночастиц. Меня также интересует реология (деформационные свойства и текучесть) магнитных жидкостей, закономерности их движения в пористых средах и другие смежные вопросы. В этой области уже накоплен обширный эмпирический материал, многое сделано, в том числе, научным коллективом, в котором я работаю, и мной лично.
Не менее важна и разработка теоретических моделей явлений, этому посвящен мой научный проект. Планируется создать как аналитические модели исследуемых явлений, так и метод компьютерного моделирования гидродинамических процессов в намагничивающихся жидкостях.
— Какую научную проблему помогут решить ваши исследования?
— Отличие нынешнего проекта в том, что теоретически рассматриваются те явления и процессы, которые мы обнаружили раньше и исследовали экспериментально в рамках моего предыдущего, поддержанного грантом Президента России проекта, а также при выполнении других научных программ. В частности, сейчас мы анализируем развитие неустойчивости границы капель и микрокапель, распад струй во внешних полях, устойчивость и разрушение тонких слоев, пленок, управление движением магнитной жидкости в микропористой среде и некоторые другие вопросы.
Хоть проект, в основном, предполагает фундаментальные исследования, я надеюсь, что его результаты найдут практическое применение. Например, в микрофлюидных устройствах, в которых необходимы управление и манипуляция малыми объемами вещества. Также могут быть полезными результаты исследования движения магнитной жидкости в пористой среде. Это может пригодиться для разработки методов анализа таких сред природного и искусственного происхождения. Кроме того, наши результаты можно будет рассматривать как модельные для исследования явлений и процессов в других системах. Подобное имело место при изучении планет и звезд, а также атомов и ядер, где с успехом в свое время применяли классические гидродинамические модели. Этого же можно ожидать и в отношении результатов изучения гидродинамики магнитных жидкостей, они могут дать новый импульс для качественно нового уровня исследования ряда фундаментальных задач физики.
Фирюза ЯНЧИЛИНА
Фото предоставлено А.Закиняном
Магнитная жидкость: http://live4fun.ru
Нет комментариев