Los filamentos magnetoelásticos son estructuras compuestas unidimensionales que exhiben propiedades tanto magnéticas como elásticas. El interés en estos materiales tiende a centrarse en la capacidad de controlar con precisión los eventos mecánicos mediante un campo magnético externo. Al igual que los materiales de piezoelectricidad , se pueden utilizar como actuadores, pero no es necesario que estén conectados físicamente a una fuente de alimentación. Las conformaciones que adoptan los filamentos magnetoelásticos vienen dictadas por la competencia entre sus propiedades elásticas y magnéticas.
Comportamiento mecánico
Nanocadenas magnéticas
Las nanocadenas magnéticas son una nueva clase de nanoestructuras magnetoreactivas y superparamagnéticas con formas altamente anisotrópicas que pueden manipularse utilizando un campo magnético y un gradiente de campo magnético. [2] [3] Estas nanocadenas consisten en grupos de nanopartículas autoensambladas que se ensamblan magnéticamente y se fijan en una cadena. Entre los diversos métodos de unión utilizados se encuentran el revestimiento de sílice, el revestimiento de ácido poliacrílico (PAA), la condensación de tetraetoxisilano , la biotinilación o la descomposición de glucosa . Normalmente, los bloques de construcción principales de estas nanoestructuras son nanopartículas de óxido de hierro superparamagnéticas individuales (SPION). Los grupos de nanopartículas que se componen de una serie de nanopartículas magnéticas individuales (aproximadamente 100 SPION) se conocen como nanoperlas magnéticas con un diámetro de 50 a 200 nanómetros. [4]
La fuerza ejercida sobre una partícula depende de la fuerza, dirección y dinámica del campo magnético aplicado, así como de la posición y orientación de los dipolos magnéticos locales. Los campos magnéticos dinámicos permiten el mayor rango de control sobre la forma de la cadena. De principal interés es la fuerza ejercida sobre los extremos de la cadena como resultado de un campo dinámico. El efecto de la precesión de Larmor con una fila de coloides magnéticos da como resultado interacciones dinámicas que dependen del ángulo de precesión del campo. De hecho, el barrido a través del ángulo mágico cambia el signo de la interacción dipolo-dipolo. En un campo que avanza rápidamente alrededor del eje z, la fuerza ejercida en el extremo de la cadena viene dada por [5]
dónde es el momento dipolar, es el diámetro del cordón, es la frecuencia angular de la precesión del campo, es la tasa de cambio de la trayectoria del filamento, es el coeficiente de arrastre viscoso y es el vector unitario del plano perpendicular a la tangente de la curva del filamento. Esto produce una fuerza magnética periódica. Sin embargo, bajo una rápida precesión, el segundo término sigue siendo distinto de cero y escala con. En baja, el par magnético domina y la cadena se enrolla sobre sí misma. Con un alto, el módulo de flexión domina el paisaje energético y los filamentos forman geles ramificados con un módulo de volumen dependiente del campo.
La carga aplicada sobre un filamento está generalmente limitada por el método de unión del polímero. El régimen de deformación elástica de un filamento unido covalentemente simple es corto y se considera inextensible en la mayoría de las condiciones. Si las fuerzas de tracción se vuelven demasiado grandes, puede producirse una deformación plástica que suele provocar la rotura de la unión y el desenredo del polímero. Estos cambios irreversibles pueden resultar en un cambio permanente en el módulo de flexión que finalmente afecta el rendimiento del filamento. [6]
Nanopilares de aleación
Usando técnicas de grabado como el fresado con haz de iones enfocado , se pueden formar pilares de tamaño micro o nano en materiales magnéticos. Sin embargo, la flexión repetida de los pilares de cristal puede provocar la formación de defectos y daños por fatiga. Este daño proviene de la nucleación de grietas en la superficie de los pilares, incluso en régimen elástico, debido a la plasticidad localizada. La propagación de grietas durante ciclos sucesivos de compresión y tensión puede provocar la fractura del pilar. Esto es similar a lo que se puede ver en la magnetometría en voladizo cuando se opera bajo campos fuertes. Debido a esto, es deseable unir partículas magnéticas más pequeñas junto con materiales elásticos más duros, como un polímero, en lugar de usar un filamento de aleación continuo. [7]
Aplicaciones
La fabricación de nanocadenas magnéticas con una relación de aspecto controlada, un tamaño uniforme y una forma bien definida es el foco de muchos grupos de investigación y empresas de alta tecnología líderes en el mundo. [8] Las nanocadenas magnéticas poseen propiedades atractivas que son un valor añadido significativo para muchos usos potenciales, incluidas las nanomedicinas asociadas a la actuación magneto-mecánica en campos magnéticos alternos de baja y superbaja frecuencia. [9] Estas estructuras se utilizan en una variedad de aplicaciones, como la obtención de imágenes y la administración de fármacos. [10] A continuación se muestran otras aplicaciones:
Ver también
Referencias
- ^ Kralj, Slavko; Makovec, Darko (27 de octubre de 2015). "Montaje magnético de racimos de nanopartículas de óxido de hierro superparamagnético en nanocadenas y nanobundles". ACS Nano . 9 (10): 9700-9707. doi : 10.1021 / acsnano.5b02328 . PMID 26394039 .
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- ^ Tadic, Marin; Kralj, Slavko; Jagodic, Marko; Hanzel, Darko; Makovec, Darko (diciembre de 2014). "Propiedades magnéticas de nanoclusters de óxido de hierro superparamagnéticos novedosos y su peculiaridad bajo tratamiento de recocido". Ciencia de superficies aplicadas . 322 : 255-264. Código Bibliográfico : 2014ApSS..322..255T . doi : 10.1016 / j.apsusc.2014.09.181 .
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