Созданы магнитные суспензии для «мягких» роботов и амортизаторов
Российские специалисты исследовали свойства долговечных магнитореологических жидкостей. Это суспензии, которые могут менять свою густоту и другие свойства под действием магнитного поля. Такие вещества востребованы при создании устройств, где нужно быстро и обратимо управлять жёсткостью материалов.
В разработке приняли участие сотрудники Института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН, Института синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН, Института теоретической и прикладной электродинамики РАН и Физического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова. Результаты опубликованы в журнале «Высокомолекулярные соединения» (№4, 2026).
Как объяснили исследователи, магнитореологические жидкости представляют собой взвеси микроскопических частиц железа в силиконовой среде. Под действием магнитного поля частицы мгновенно выстраиваются вдоль силовых линий, сцепляются и превращают жидкость в подобие твёрдого тела. При этом главные их недостатки — в том, что крупинки металла тяжелее силикона и со временем оседают. Кроме того, из-за остаточной намагниченности они слипаются в конгломераты, что ускоряет осаждение.
Исследователи нашли решение, покрыв микрогранулы тонкой оболочкой из кремнезёма (SiO2 — по сути, слипшегося песка наноразмерного слоя). В отсутствие сильного магнитного поля такая оболочка служит диэлектрической и немагнитной «прокладкой» и не даёт им слипаться в «комки». Таким образом учёные добились компромисса, сохранив высокую чувствительность жидкости к магнитному полю, но при этом заставили частицы железа игнорировать взаимное притяжение в спокойном состоянии системы.
Осаждение частиц в магнитореологической жидкости: Слева — немодифицированные частицы, а справа — частицы с оболочкой; в верхней строке — с содержанием 30 % магнитных части, а в нижней — 70 %; снимки сделаны после перемешивания (а) и далее по мере увеличения времени слева направо (б), (в), ( г) до 300 мин
«Формирование SiO2-оболочки существенно повышает седиментационную устойчивость магнитореологических жидкостей, предположительно за счёт подавления межчастичной агрегации, и не ухудшает их магнитореологический отклик, что делает данный подход перспективным для создания стабильных функциональных композиций», — отметили авторы публикации.
Исследователи проверили свойства новых составов на реометре в магнитных полях силой до 1 тесла. Анализ показал, что при таких воздействиях вязкость и упругость суспензий возрастают на несколько порядков. Причём, чем выше магнитное поле, тем твёрже становится состав, и наоборот. Это позволяет гибко управлять жёсткостью материала. Вместе с тем магнитное поле воздействует на ряд других свойств суспензии. В том числе на электропроводность и теплопроводность.
По мнению учёных, разработка открывает путь к созданию долговечных механизмов для «мягкой» робототехники. В частности, такие суспензии могут имитировать работу биологических мышц, делая их твёрже или мягче в зависимости от нагрузки. Также в составе транспортной техники новый состав позволит мгновенно изменять жёсткость амортизаторов, подвесок и тормозных систем, подстраиваясь под качество дорожного покрытия.
Исследование выполнено в рамках задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации и при поддержке грантов Российского научного фонда.
