Wikipedia

Ferrożel

Ferrożel (hydrożel magnetyczny) – materiał składający się z miękkiej matrycy polimerowej oraz cząstek wypełniacza magnetycznego. Jest to inteligentny materiał, który reaguje na pole magnetyczne[1].

Polimeryczne materiały kompozytowe zawierające materiał magnetyczny dzieli się na ferrożele oraz magnetoreologiczne elastomery[2].

Właściwości

edytuj

Ferrożele charakteryzują się niską sztywnością mechaniczną i najczęściej izotropowym rozkładem wypełniacza, a reagują one na bodźce magnetyczne silnym odkształceniem. Może to być: wydłużenie, skręcanie, rotacja, zginanie bądź zwijanie. Odkształcenia mogą sięgać nawet 40%, co zachodzi pod wpływem nierównomiernego pola magnetycznego. W jednolitym polu magnetycznym również są obserwowane[3].

Ferrożele są materiałami heterogenicznymi – należą do ogólnej grupy materiałów miękkich, które nazywane są koloidami magnetycznymi. Koloidy magnetyczne cechuje głównie inteligentna natura, ponieważ działanie zewnętrznego pola magnetycznego może kontrolować ich właściwości makroskopowe. W zależności od fazy ciągłej, w jakiej rozproszone są cząstki metalu, można je podzielić na dwa rodzaje: zawiesiny magnetyczne oraz magnetopolimery[4]. W pierwszej grupie fazą ciągłą jest roztwór wodny bądź olej. W drugiej zaś grupie (magnetopolimerów) cząstki magnetyczne rozproszone są w bardzo elastycznej, suchej sieci polimerowej, czyli elastomerze (np. w kauczuku syntetycznym)[5]. W elastomerach magnetycznych moduły Younga oraz moduły ścinania (czyli właściwości mechaniczne) można łatwo zmieniać poprzez przyłożenie zewnętrznego pola magnetycznego[6]. Fazą ciągłą może być również miękki lepkosprężysty żel zbudowany z łańcuchów polimerowych, które są rozciągnięte w oleju czy roztworze wodnym[7].

Zastosowanie

edytuj

Połączenie właściwości magnetycznych z unikalnymi właściwościami hydrożeli znajduje szerokie spektrum zastosowań w celu rozwiązania problemów w różnych dziedzinach[8].

Medycyna:

  • Ukierunkowane dostarczanie leków: ferrożele mogą być stosowane do transportu leków do określonych miejsc w organizmie za pomocą pola magnetycznego, co pozwala na zwiększenie skuteczności leczenia i zmniejszenie skutków ubocznych.
  • Separacja komórek: właściwości magnetyczne ferrożeli umożliwiają separację komórek z mieszanin, co ma zastosowanie w badaniach biomedycznych i inżynierii tkankowej.
  • Hipertermia magnetyczna: ferrożele mogą być ogrzewane za pomocą pola magnetycznego, co pozwala na ich wykorzystanie w leczeniu nowotworów i innych schorzeń[9].

Inżynieria[10]:

  • Sensory i aktuatory: ferrożele mogą być stosowane do budowy sensorów i aktuatorów, które reagują na pole magnetyczne. Zastosowania obejmują robotykę miękką, protezy i urządzenia biomedyczne[11].
  • Druk 3D: ferrożele mogą być drukowane 3D w celu tworzenia trójwymiarowych struktur o zdefiniowanych właściwościach magnetycznych i mechanicznych[12].
  • Materiały samonaprawiające się: ferrożele mogą być wykorzystywane do tworzenia materiałów, które mogą autonomicznie naprawiać uszkodzenia pod wpływem pola magnetycznego[13].
  • Kosmetyki: ferrożele mogą być stosowane w produktach kosmetycznych w celu dostarczania składników aktywnych do skóry i poprawy wchłaniania[14].
  • Urządzenia magnetoreologiczne: ferrożele mogą być stosowane w urządzeniach magnetoreologicznych, które zmieniają swoją lepkość pod wpływem pola magnetycznego. Zastosowania obejmują amortyzatory i systemy kontroli hałasu[15].

Inne

  • Sztuczne mięśnie: ferrożele mogą być stosowane do budowy sztucznych mięśni, które mogą kurczyć się i rozluźniać pod wpływem pola magnetycznego. Zastosowania obejmują robotykę miękką i protezy[16].
  • Magnestofoniczne filtry: ferrożele mogą być stosowane do budowy magnestofonicznych filtrów, które usuwają zanieczyszczenia z cieczy za pomocą wibracji pola magnetycznego. Zastosowania obejmują oczyszczanie wody i uzdatnianie żywności[17].
  • Magnestofoniczne czujniki: ferrożele mogą być stosowane do budowy magnestofonicznych czujników, które wykrywają wibracje i inne zmiany pola magnetycznego. Zastosowania obejmują monitorowanie infrastruktury i wykrywanie pęknięć[18].

Przypisy

edytuj
  1. ↑ Yi Han, Wei Hong, Leann Faidley, Coupled magnetic field and viscoelasticity of ferrogel, „International Journal of Applied Mechanics”, 3 (2), 2011, s. 259–278, DOI: 10.1142/S175882511100097X [dostęp 2024-05-21] (ang.).
  2. ↑ Mariem M. Abrougui, Modesto T. Lopez-Lopez, Juan D.G. Duran, Mechanical properties of magnetic gels containing rod-like composite particles, „Philosophical Transactions. Series A, Mathematical, Physical, and Engineering Sciences”, 377 (2143), 2019, art. nr 20180218, DOI: 10.1098/rsta.2018.0218, PMID: 30827211, PMCID: PMC6460065 [dostęp 2024-05-21] (ang.).
  3. ↑ Mariem M. Abrougui, Modesto T. Lopez-Lopez, Juan D.G. Duran, Mechanical properties of magnetic gels containing rod-like composite particles, „Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences”, 377 (2143), 2019, art. nr 20180218, DOI: 10.1098/rsta.2018.0218, PMID: 30827211, PMCID: PMC6460065 [dostęp 2024-05-21] (ang.).
  4. ↑ Cristina González Fernández i inni, Continuous-Flow Separation of Magnetic Particles from Biofluids: How Does the Microdevice Geometry Determine the Separation Performance?, „Sensors (Basel, Switzerland)”, 20 (11), 2020, art. nr 3030, DOI: 10.3390/s20113030, PMID: 32471054, PMCID: PMC7308945 [dostęp 2024-05-21] (ang.).
  5. ↑ Anil K. Bastola, Mokarram Hossain, A review on magneto-mechanical characterizations of magnetorheological elastomers, „Composites Part B: Engineering”, 200, 2020, art. nr 108348, DOI: 10.1016/j.compositesb.2020.108348 [dostęp 2024-05-21] (ang.).
  6. ↑ Anil K. Bastola, Mokarram Hossain, A review on magneto-mechanical characterizations of magnetorheological elastomers, „Composites Part B: Engineering”, 200, 2020, art. nr 108348, DOI: 10.1016/j.compositesb.2020.108348 [dostęp 2024-05-21] (ang.).
  7. ↑ Shi-Chang Wang i inni, Understanding Gel-Powers: Exploring Rheological Marvels of Acrylamide/Sodium Alginate Double-Network Hydrogels, „Molecules (Basel, Switzerland)”, 28 (12), 2023, art. nr 4868, DOI: 10.3390/molecules28124868, PMID: 37375423, PMCID: PMC10305142 [dostęp 2024-05-21] (ang.).
  8. ↑ Boya Liu, Kuo Chen, Advances in Hydrogel-Based Drug Delivery Systems, „Gels”, 10 (4), 2024, art. nr 262, DOI: 10.3390/gels10040262, PMID: 38667681, PMCID: PMC11048949 [dostęp 2024-05-21] (ang.).
  9. ↑ Marleen Häring i inni, Magnetic Gel Composites for Hyperthermia Cancer Therapy, „Gels”, 1 (2), 2015, s. 135–161, DOI: 10.3390/gels1020135, PMID: 30674170, PMCID: PMC6318599 [dostęp 2024-05-21] (ang.).
  10. ↑ Soumyadeep Basak, P. Gopinath, Ferrogels: A wonder material from mechanobiological perspective, „Current Opinion in Biomedical Engineering”, 26, 2023, art. nr 100449, DOI: 10.1016/j.cobme.2023.100449 [dostęp 2024-05-21] (ang.).
  11. ↑ Paul Calvert, Gel Sensors and Actuators, „MRS Bulletin”, 33 (3), 2008, s. 207–212, DOI: 10.1557/mrs2008.46 [dostęp 2024-05-21] (ang.).
  12. ↑ Chang Uk Mun i inni, Three-dimensional printing of hyaluronate-based self-healing ferrogel with enhanced stretchability, „Colloids and Surfaces B: Biointerfaces”, 221, 2023, art. nr 113004, DOI: 10.1016/j.colsurfb.2022.113004 [dostęp 2024-05-21] (ang.).
  13. ↑ Kenneth Cerdan i inni, Magnetic Self-Healing Composites: Synthesis and Applications, „Molecules”, 27 (12), 2022, art. nr 3796, DOI: 10.3390/molecules27123796, PMID: 35744920, PMCID: PMC9228312 [dostęp 2024-05-21] (ang.).
  14. ↑ Stanisław Mitura, Alina Sionkowska, Amit Jaiswal, Biopolymers for hydrogels in cosmetics: review, „Journal of Materials Science: Materials in Medicine”, 31 (6), 2020, art. nr 50, DOI: 10.1007/s10856-020-06390-w, PMID: 32451785, PMCID: PMC7248025 [dostęp 2024-05-21] (ang.).
  15. ↑ Xiaojie Wang, Faramarz Gordaninejad, Magnetorheological Materials and their Applications, [w:] Mohsen Shahinpoor, Hans-Jorg Schneider (red.), Intelligent Materials, The Royal Society of Chemistry, 31 października 2007, s. 339–385, DOI: 10.1039/9781847558008-00339, ISBN 978-0-85404-335-4 (ang.).
  16. ↑ Mihoko Otake, Electroactive Polymer Gel Robots, Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2010 (seria Springer Tracts in Advanced Robotics, Volume 59), DOI: 10.1007/978-3-540-44705-4, ISBN 978-3-540-23955-0.
  17. ↑ Ewa Szatyłowicz, Iwona Skoczko, Magnetic Field Usage Supported Filtration Through Different Filter Materials, „Water”, 11 (8), 2019, art. nr 1584, DOI: 10.3390/w11081584 [dostęp 2024-05-21] (ang.).
  18. ↑ M. Zrínyi, L. Barsi, A. Büki, Deformation of ferrogels induced by nonuniform magnetic fields, „The Journal of Chemical Physics”, 104 (21), 1996, s. 8750–8756, DOI: 10.1063/1.471564 [dostęp 2024-05-21] (ang.).
Źródło: „https://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Ferrożel&oldid=73826479”