Меленев Петр Викторович - кандидат физико-математических наук, научный сотрудник. Researcher: K-5135-2014
Ул. А. Королёва, д. 1, Пермь 614013
Petr V. Melenev - Candidate of Sciences (Physics and Mathematics), Researcher. Researcher: K-5135-2014
1 A. Korolev Str., Perm 614013
Цель ‒ разработать модель феррожидкости, магнитное наполнение которой состоит из наночастиц двух форм: сферы и вытянутого эллипсоида вращения; на основе предложенной модели исследовать магнитные свойства феррожидкости.
Методы. Моделирование проводится в рамках подхода крупнозернистой молекулярной динамики. Феррожидкость представлена в виде совокупности частиц двух форм: 1) сферической, для имитации которой используется потенциал Леннарда ‒ Джонса и 2) вытянутого эллипсоида вращения, описываемого анизотропным потенциалом Гая ‒ Берне. Для моделирования стерического взаимодействия разнотипных частиц вводится смешанный потенциал. С магнитной точки зрения вытянутая частица рассматривается как цепочка точечных диполей, ориентированных вдоль большой оси эллипсоида. Тепловая флуктуация феррожидкости имитируется включением в систему термостата Ланжевена.
Результаты. Проведены серии тестовых расчётов в системах с разными соотношениями частиц двух типов, но одинаковой общей объёмной концентрацией магнитного наполнителя. Получены кривые квазистатического намагничивания образцов, которые показали, в частности, рост магнитной восприимчивости феррожидкости с включением в неё эллипсоидальных частиц. Кроме того, проведена оценка образования частицами объединений в зависимости от состава системы.
Заключение. Предложена модель феррожидкости, наполненной частицами сферической и вытянутой эллипсоидальной формами, для имитации стерических взаимодействий которых использованы соответствующие пространственные потенциалы. Тестовые расчёты на образцах с разным соотношением частиц двух типов показали работоспособность и физическую адекватность разработанной модели. Дальнейшее развитие предложенного подхода связано в первую очередь с добавлением возможности описания полидисперсности анизотропных частиц.
The purpose ‒ to develop a model of a ferrofluid whose magnetic filler consists of nanoparticles of two shapes: spheres and prolate spheroids, which must be taken into account when describing magnetic and steric interactions; based on the proposed model, to investigate the magnetic properties of the ferrofluid.
Methods. The simulation is performed within the framework of the coarse-grained molecular dynamics approach. The ferrofluid is represented as a collection of particles of two shapes: 1) spherical, simulated using the Lennard-Jones potential, and 2) prolate ellipsoids of revolution, described by the anisotropic Gay-Berne potential. A mixed potential is introduced to model steric interactions between particles of different types. The magnetic state of an elongated particle is simulated by a chain of point dipoles oriented along the major axis of the spheroid. Thermal fluctuations in the ferrofluid are simulated by incorporating a Langevin thermostat into the system.
Results. A series of test calculations were performed on ferrofluid samples with different ratios of the two particle types but the same total volume concentration of the magnetic filler. Quasi-static magnetization curves were obtained for the samples, which showed, in particular, an increase in the magnetic susceptibility of the ferrofluid upon the inclusion of ellipsoidal particles.
Concluson. A model of a ferrofluid filled with spherical and prolate ellipsoidal particles has been proposed, with corresponding spatial potentials used to simulate their steric interactions. Test calculations on samples with different ratios of the two particle types demonstrated the functionality and physical adequacy of the developed model. The further development of the proposed approach is primarily associated with adding the capability to describe the polydispersity of anisotropic particles.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.