Les gels magnétiques sont la nouvelle génération de matériaux composites « intelligents ». Ils sont constitués d'un support polymère et de particules magnétiques nano- ou micro-dimensionnelles incrustées dans celui-ci. Ces composites sont fréquemment utilisés dans les amortisseurs à commande magnétique, stabilisateurs, systèmes de sécurité, et amplificateurs de contraintes mécaniques, ainsi qu'en biotechnologie à des fins de régénération des tissus biologiques. Une caractéristique remarquable des gels magnétiques est leur capacité à modifier leurs propriétés élastiques sous l'influence de champs magnétiques modérément forts. Cependant, la dépendance des caractéristiques élastiques de ces matériaux vis-à-vis du champ extérieur reste un problème peu étudié. Récemment, la nature physique de ces dépendances a été étudiée par Alexander Zubarev, professeur à l'Université fédérale de l'Oural. Il a présenté ses résultats à la conférence internationale IBEREO 2017 (Valence, Espagne, 6-8 septembre).

Les gels magnétiques sont un type relativement nouveau de matériau multifonctionnel composite. Les premières études sur leur synthèse remontent à la fin des années 1980 au début des années 1990, mais les études ont commencé sérieusement il y a seulement 10 ans. Les gels magnétiques sont fabriqués à base de polymères synthétiques et biologiques selon l'application. La taille des particules magnétiques incorporées varie de dizaines de nanomètres à des dizaines de microns. L'une des caractéristiques les plus intéressantes des gels magnétiques est leur capacité à modifier leurs propriétés mécaniques (coefficients d'élasticité et de viscoélasticité) de plusieurs fois et même de plusieurs ordres de grandeur sous l'influence de champs magnétiques modérés, facile à créer dans les laboratoires et dans l'industrie.

Ces propriétés uniques reposent sur la capacité des particules magnétiques à conserver la position mutuelle la plus énergétiquement favorable dans un champ magnétique d'une magnitude donnée. Lorsque le matériau est déformé, cet arrangement est perturbé, mais les particules, sous l'influence des forces d'interaction magnétique, tendance à y revenir. Cela génère un supplément, souvent très fort, réaction élastique du matériau à sa déformation. La capacité de contrôler la réponse élastique d'un gel magnétique avec un champ magnétique est très prometteuse pour de nombreuses technologies industrielles et médicales.

Il a été démontré que les phénomènes magnétoélastiques dans les gels magnétiques sont largement déterminés par la disposition spatiale initiale des particules dans le polymère porteur. Dans le nouveau travail d'Andrei Zubarev (professeur du Département de physique théorique et mathématique, Université fédérale de l'Oural, Russie), les déformations d'un échantillon de polymère avec une distribution spatiale initiale homogène (sous forme de molécule dans un gaz) de particules magnétisables ont été étudiées. Les résultats obtenus par Zubarev et ses collègues révèlent les particularités du changement de l'arrangement mutuel des particules sous l'influence du champ et de la déformation générale du composite, l'influence de ces caractéristiques sur les coefficients d'élasticité du matériau. La théorie prédit la possibilité d'une augmentation radicale de la rigidité du composite dans un champ externe.

À l'avenir, les scientifiques vont travailler avec des matériaux synthétisés dans un champ magnétique externe. Dans ce cas, les particules, sous l'influence de l'attraction magnétique, forment différentes structures (chaînes linéaires, colonnes denses, etc.), qui sont capables de renforcer considérablement à la fois les propriétés élastiques du matériau et les phénomènes magnétomécaniques de celui-ci.