Datormodeller simulerar effektivt och exakt de magnetiska svaren hos ferrofluider genom att endast beakta vätskans yta.

Den taggiga strukturen som bryter ut från en ferrofluids släta yta när en magnet kommer nära kan förutsägas mer exakt än man tidigare trott. KAUST -forskare har visat att beräkningsalgoritmer kan beräkna ferrofluidens borstsvar på en magnet genom att endast simulera vätskans ytskikt.

Ferrofluids är flytande suspensioner av järnbaserade partiklar som beter sig som en vanlig vätska, men när en magnet är närvarande, ferrofluiden formförskjuts snabbt för att bilda spikar som ligger i linje med magnetfältet. Ursprungligen utvecklad av NASA, ferrofluids har många användningsområden, allt från avancerad elektronik till nanomedicin och har potential för ännu bredare användning, om deras magnetiska svar kunde förutsägas mer exakt.

Dominik Michels och hans team tillämpar datorsimuleringar för att modellera ferrofluidbeteende. "Vårt mål är att utveckla en effektiv och exakt algoritm för att simulera de makroskopiska formerna och dynamiska rörelserna för ferrofluider, "säger Libo Huang, en doktorsexamen student i Michels team.

Nyligen, tittar på det bredare fältet av vätske simulering, teamet har visat att konceptet att simulera vätskerörelse genom att endast överväga vätskans yta kan anpassas till ferrofluids.

"Medan den endast ytliga vätske-simuleringen ger en plattform för vätskesimulering, dess utvidgning till ferrofluids är betydande, "Huang säger. För att modellera en vätskas beteende endast baserat på dess yta, vätskan måste svara på inmatningar på ett enkelt linjärt sätt. De flesta ferrofluider har ett komplext icke-linjärt svar på ett magnetfält.

Dock, laget visade att så länge magnetfältet inte är för starkt, svaret är nära linjärt, gör det möjligt för dem att utföra en beräkning av magnetfältet endast på ytan.

I simuleringen, forskarna representerade vätskeytan som en serie trianglar, Huang förklarar. "Framställningen av ferrofluider som yt trianglar tillät oss att exakt uppskatta krökningen hos vätskegränssnittet samt gränssnittspositionen, "säger han. Spikstrukturen kan simuleras genom att beräkna samspelet mellan magnetkraften och vätskans ytspänning.

Med tanke bara på vätskans yta, snarare än hela volymen, gjorde simuleringen mycket mer beräkningseffektiv, möjliggör en mer exakt simulering av det komplexa ferrofluidbeteendet. "Vi kunde återge avståndet mellan spikarna i den verkliga vätskans spikmönster på ett exakt kvantitativt sätt, "Michels säger." Vi skulle kunna simulera mycket mer komplex dynamisk rörelse. "