Магнитные эластомеры, феррогели, феррожидкие кристаллы – согласитесь, не каждый знает, что это за материалы.
Исследованием свойств и структуры разнообразных соединений, входящих в класс мягких магнитных систем, занимаются специалисты разных направлений. Для обмена свежей информацией, знакомства с исследовательскими возможностями ОИЯИ сотрудники российских и европейских центров собрались в Дубне на совещании «Физика комплексных и магнитных мягких систем: физико-механические и структурные свойства».
В. Л. Аксенов (ОИЯИ – ПИЯФ, Гатчина):
– Эта школа-конференция посвящена физике и химии комплексных магнитных мягких систем. Может быть, название не очень привычное для тех, кто не посвящен в эту проблему, но я хочу сказать, это очень актуальные и важные вещи. Мягкие означает, что они не твердые, всем известна физика твердого тела, химия твердого тела. Так вот, в последнее десятилетие появились новые материалы, которые не являются кристаллическими. К ним относятся различные жидкие материалы, суспензии, обладающие, в том числе, магнитными свойствами. Такие магнитные мягкие материалы интересны, во-первых, с фундаментальной точки зрения – назову только одну проблему кластерного состояния вещества. Это общая физическая проблема, которая может быть здесь исследована на совершенно доступных экспериментальных системах. А с практической точки зрения эти материалы широко применяются, кстати, первое применение магнитных наножидкостей началось в 1960-х годах в шлемах американских астронавтов. Сейчас наиболее перспективное применение такие жидкости находят в медицине. Оказалось, что раковые клетки, преимущественно, в опухолях мозга, накапливают частицы наножидкости. А поскольку они магнитны, то ими можно управлять магнитным полем и собирать в одном месте, к которому затем применить метод гипертермии, то есть, по сути, выжечь эти клетки. Так что это интересные для науки и важные для практики задачи.
Нейтроны наиболее эффективны для изучения таких систем, поэтому именно Лаборатория нейтронной физики ОИЯИ организовала эту школу, собрав в Дубне молодых людей для того, чтобы обсудить как общие вопросы физики и химии таких систем, так и возможности использования нейтронного рассеяния, в первую очередь, реактора ИБР-2. Реактор ЛНФ сейчас является, могу это совершенно авторитетно заявить, единственным полноценным международным центром. Два других центра – «Курчатовский институт» в Москве и ПИЯФ в Гатчине находятся в стадии развития. В Гатчине строится новый суперреактор, который вступит в строй через 4-5 лет.
Ю. Л. Райхер (Институт механики сплошных сред Уральского отделения РАН, Пермь):
– Идея этих конференций возникла лет пять назад, когда мы начали сотрудничать с доктором М. Балшою из ЛНФ в изучении магнито-полимерных систем. Это успешное сотрудничество привело к тому, что возникла идея собрать людей, занимающихся этим делом в Европе и России. Моя специальность – мягкое магнитное вещество, и я к нему неравнодушен. Это очень широкий класс веществ, который интересен биологам и материаловедам. А исследуем мы реакцию таких веществ на приложенные поля, как такую реакцию посчитать и как можно использовать – и в технологиях, и для фундаментальных целей. Магнитное поле позволяет бесконтактно управлять веществом, если внутри него находятся магнитные частицы. Стало уже серьезным недавно зародившееся направление магнитобиология, магнитная микрореалогия, когда маленькие объемы сложной жидкости (полимерные системы, мицеллярные системы, жидкие кристаллы) зондируются с помощью внедренных магнитных частичек, позволяющих считывать их параметры, магнитные частицы в жидких кристаллах позволяют управлять их оптическими свойствами, - здесь перечислять можно много. В целом, можно сказать, что это, безусловно, междисциплинарное направление: и химики, и механики здесь, по определению, присутствуют, и, что важно, такие конференции сводят их вместе. Я знаю несколько примеров из прошлого, и определенно еще появятся новые – когда на таких конференциях закладывалось сотрудничество и международное, и внутрироссийское, и из него получались очень интересные и продуктивные работы. Я надеюсь, эта конференция не будет последней из той серии, что мы заложили два года назад. Я считаю, что Объединенный институт очень правильно поступает, поддерживая не только ядерную физику или физику высоких энергий, а, глядя на вещи шире, поддерживает междисциплинарные направления, которым как раз нейтронная спектроскопия может дать очень много – именно взгляд внутрь вещества на самых малых масштабах, на самых коротких временах – то, чего другими способами сделать просто невозможно. Дубна – замечательное место для проведения конференции, и я надеюсь, она будет успешной.
Д. П. Козленко (ЛНФ ОИЯИ):
– Исследование комплексных и магнитных мягких систем – одно из наиболее перспективных направлений исследований современной физики конденсированного состояния. Это различные материалы, например, магнитные, полимерные материалы, биологические системы. У нас в лаборатории давно ведутся исследования таких материалов и нейтронные методы здесь довольно эффективны, поэтому и эта конференция проводится уже во второй раз, набирая все большее число участников. Тематика конференции достаточно широкая: сюда приехали не только специалисты, которые интересуются нейтронами, но и занимающиеся другими типами исследований физических свойств таких материалов. Но понимание природы физических свойств требует знания, как материал организован, а в этом как раз мы можем помочь.
Здесь собрались и люди, которые занимаются электронными методами, рентгеновскими методами из европейских стран. У них есть интересные объекты исследований, например, у нас на ИБР-2 недавно исследовались магнитные эластомеры – материалы, совмещающие свойства магнитного материала и полимера. Такой полимер можно растянуть в магнитном поле, и он будет хранить свою форму, поле убрали и он вернется к прежним размерам. Такие свойства могут найти самое широкое использование. Есть магнитные жидкости, которые у нас тоже широко исследовались, они находят различные медицинские приложения. Одним словом, это самые актуальные, востребованные материалы, имеющие широкий потенциал применения в самых разных областях.
Именно в ОИЯИ можно найти площадку для взаимодействия специалистов, занимающихся собственно образцами, исследованием физических свойств, и специалистов, занимающихся исследованием структурной организации, которая и объясняет возникновение разных уникальных свойств материалов. И тогда мы дополняем их своими нейтронными методами, позволяющими посмотреть эту структурную организацию. А это дает возможность получить полную картину, следующий шаг за которой – улучшение свойств этих материалов, поиск и синтез новых. Для этих целей хорошо использовать малоугловое рассеяние нейтронов, рефлектометры, позволяющие посмотреть именно организацию вещества, - обо всем этом и других возможностях реактора я рассказал в своем докладе. Надеюсь, число пользователей реактора после этой конференции возрастет.
Мария Балашою (ЛНФ ОИЯИ):
– Наша школа-конференция обращена, в первую очередь, к молодежи, интересующейся этим направлением – исследованиями свойств, синтезом таких систем, их структурой и приложениями, использованием новых технологий. Эта конференция собрала больше участников, чем первая в Алуште. Наши коллеги из Франции, Германии, Польши, России, Румынии и, конечно, ОИЯИ собрались здесь, чтобы обсудить эту очень интересную, интенсивно развивающуюся область. Инновационные технологии вызывают это разнообразие новых систем, что подталкивает к реализации новых идей, новых комбинаций всевозможных типов материалов, свойства которых при совмещении интересно меняются, дополняют друг друга или получаются совершенно неожиданными.
Мы очень рады, что интерес к конференции возрастает, что все больше молодежи увлекается этим направлением. Мы благодарим руководство Объединенного института, которое поддерживает исследования в этой области, помогает собрать здесь многих ведущих ученых, чтобы мы могли услышать их выступления, обменяться информацией, получить интересные рекомендации, даже новые идеи, а также установить контакты для реализации совместных проектов.
Аспирантка МГУ М. Н. Скрябина (Москва):
– Я занимаюсь исследованием магнитных микрочастиц методом магнитного пинцета, и довольна, что участвую в этой конференции. Я с пользой для себя пообщалась с коллегами, с которыми хочу начать сотрудничать. Также плодотворным было обсуждение наших результатов после моего выступления. Я экспериментатор, а здесь много теоретиков, которые мне посоветовали, как можно интерпретировать эти результаты.
Александра Скороньска (Ягеллонский университет, Краков, Польша):
– Конференция – это прекрасная возможность встретить множество специалистов из разных областей, поскольку для исследований мягких материалов используются различные методы и технологии исследований. Это особо привлекает меня и, я думаю, других молодых людей, которых я здесь увидела. Надеюсь, в следующем году их будет больше среди участников. Я представила здесь результаты наших исследований методом электрической спектроскопии, она отличается от нейтронного рассеяния, используемого в ОИЯИ.
Кстати, магнитный эластомер – полимер, заполненный ферромагнетиком, например, наночастицами железа. В мягкой форме, в виде феррогелей, они представляют собой перспективные материалы, способные выполнять функцию искусственных мускулов, активных элементов микроманипуляторов, целевой доставки лекарств и другого. В основе всех этих приложений лежит свойство феррогелей менять свою форму в магнитном поле. Например, макропористый феррогельможет быть сжат до 70 процентов магнитным полем. Это «магнитная губка», из которой можно «выжимать» клетки, встроенные белки, лекарственные препараты или другие вещества простым воздействием магнитного поля.