Magnetisch induzierte Teilchendynamik und partikuläre Strukturbildung in viskosen und viskoelastischen Medien – theoretisch-numerische Untersuchungen
Studentische Hilfskraft
Markus Heiber
Teilprojektbeschreibung
Magnetische Gele und Elastomere, bestehend aus magnetischen Partikeln in einem elastischen Polymermedium, zeigen bemerkenswerte Eigenschaften, wie veränderliche Steifigkeit und aktorische Deformationen durch Magnetfelder. Diese Eigenschaften sind stark von der Partikelanordnung abhängig, die durch das elastische Medium festgehalten wird. Anisotrope Strukturen, wie kettenförmige Aggregate, können unter Einfluss starker Magnetfelder entstehen.
Das Projekt untersucht die Dynamik der Partikelstrukturbildung während der Herstellung der Materialien. Dabei spielt die Wechselwirkung von anisotropen magnetischen und hydrodynamischen Kräften eine Rolle. Einzelne Partikel setzen durch ihre Bewegung das Medium in Bewegung und beeinflussen dadurch die Anordnung anderer Partikel. Ein besonderer Fokus liegt auf der Rolle der viskoelastischen Eigenschaften des Mediums beim Übergang von einem viskoelastisch-flüssigen zu einem festen Zustand. Wichtige Parameter sind Partikelkonzentration, Magnetfeldstärke und Partikeleigenschaften.
Zur Umsetzung wird eine numerische Methode entwickelt, welche die Partikelbewegung und die Umgebungseinflüsse koppelt. Enger Austausch mit den anderen Teilprojekten der Forschungsgruppe erlaubt die Verbindung von Experimenten, Materialanalysen und Simulationsmethoden zur Entwicklung vorteilhafter Partikelstrukturen. Dies trägt zu optimierten Materialeigenschaften bei und fördert die Öffentlichkeitsarbeit.
Das Teilprojekt hat auch allgemeine Relevanz für die kollektive Dynamik von Partikeln in viskoelastischen Medien. Ein Beispiel ist die Bewegung aktiver Mikroschwimmer, deren Dynamik sich durch Wechselwirkungen über ein umgebendes Medium ändert.
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