Feldinduzierte Deformation ferromagnetischer Nanostab-Hydrogel-Komposite

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Deformation ferromagnetischer Nanokomposite im homogenen Magnetfeld untersucht. Dabei wurden zwei Ziele verfolgt. Zunächst wurde ein Modell für die feldinduzierte Deformation verdünnter elastischer Komposite erarbeitet, das auf dem erweiterten Stoner-Wohlfarth-Modell mit empirischen Modellparametern aufbaut. Dabei wurden sowohl eine Verteilung der Anisotropiekonstanten, als auch die lokale Rotation der magnetischen Einschlüsse berücksichtigt. Mit Hilfe dieses Deformationsmodells wurden experimentelle Messungen an texturierten Nanostab-Hydrogel-Kompositen analysiert, wobei sich eine sehr gute Übereinstimmung zeigte. Das zweite Ziel der Arbeit bestand darin, ein Verfahren zur Herstellung von Nanostab-Kompositen zu erarbeiten, mit dem der magnetische Volumenanteil deutlich erhöht werden kann. Die besondere Problemstellung, die durch die kritische kolloidale Stabilität der Partikel und die geringe Materialmenge bedingt ist, wurde durch ein magnetophoretisches Abscheideverfahren in eine quasi 2-dimensionalen Schicht gelöst. Die magnetische Textur dieser Schicht konnte vor der Polymerisation durch ein homogenes Magnetfeld manipuliert werden. Abschließend wurde die Deformation untersucht, die unter bestimmten Bedingungen ebenfalls durch das Deformationsmodell gut beschrieben werden kann.

The present study investigates the deformation of ferromagnetic nanocomposites in a homogeneous magnetic field. Two aims were pursued. First, a model for the field-induced deformation of very diluted elastic composites was developed, which is based on the extended Stoner-Wohlfarth model with empirical model parameters. Both distributions of the anisotropy constants and the local rotation of the magnetic inclusions were taken into account. With this deformation model, experimental measurements on textured nanorod-hydrogel composites were analyzed, which showed a very good agreement. The second aim of the thesis was to develop a production process for nanorod-hydrogel composites with significantly increased magnetic volume fraction. The particular problem, which is caused by the critical colloidal stability of the particles and the small amount of material, was solved by a magnetophoretic deposition process in a quasi 2-dimensional layer. The magnetic texture of this layer could be manipulated by a homogeneous magnetic field before the polymerization. Finally, the deformation was investigated, which can also be well described by the deformation model under certain conditions.