科學家開發出:鐵磁流體運動的計算機模型!你見過鐵磁流體嗎?

2020-12-05 博科園

本文參加百家號科學#了不起的前沿科技#系列徵文

鐵磁流體以其迷人的形狀變化尖峰顯示，是科學展覽中最受歡迎的展品之一。這些引人注目的磁場運動實例，通過計算工作捕捉它們的運動，可能會變得更加引人注目。阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）的一個研究小組現在開發了一個鐵磁流體運動計算機模型，可以用來設計更大尺寸的鐵磁流體顯示器。這項研究是一個踏腳石，利用模擬來通知鐵磁流體在廣泛的實際應用，如醫學，聲學，雷達吸收材料和納米電子。

20世紀60年代，美國國家航空航天局(NASA)開發了鐵質流體，作為在低重力條件下泵送燃料的一種方式。這是由懸浮在液體中含鐵化合物的納米磁性顆粒組成。在沒有磁場的情況下，鐵水具有完美光滑的表面。但當磁鐵靠近鐵磁流體時，粒子會迅速與磁場對齊，形成特有的尖狀外觀。如果一個磁性物體被放置在鐵磁流體中，這些尖刺甚至會在倒流之前爬上物體。由於鐵磁流體的行為可能與直覺相反，模擬是理解其複雜運動的理想方法。

KAUST視覺計算中心Dominik Michels計算科學小組的博士生黃立波(Libo Huang)說：然而，到目前為止，這些模型還存在一些局限性。第一個挑戰是消除現有模型的磁場奇點，以前的模型通常使用無限小的磁鐵來處理磁場模擬。兩塊磁鐵靠得越近，磁力就越強——因此，如果一塊磁鐵無限小，磁場強度就會變得無限大。無限小磁鐵的中心被稱為奇點，不僅磁鐵中心的磁場難以測量，而且如果兩個奇點靠得很近，力就會變得很大，以至於模擬可能會崩潰。

研究推導出了一些公式來消除奇點，並創建了更穩定的數字方案。該研究團隊還發現了通過降低算法複雜度來提高計算效率的方法，從而可以運行更大的模擬。當研究團隊將模型與溼式實驗室實驗進行比較時，再現了鐵磁流體的真實動態行為，提供了一個很好的定性表徵，這將有助於鐵磁流體雕塑設計。這為進一步的定量分析打開了大門，進一步提高模型的精度將為鐵流體基本行為提供新見解，並帶來許多新用途，從電子傳感器和開關到先進望遠鏡的可變形鏡子。

博科園｜研究/來自：阿卜杜拉國王科技大學參考期刊《美國計算機學會圖形學彙刊》DOI: 10.1038/s41467-019-11015-0博科園｜科學、科技、科研、科普

相關焦點

  • 你見過鐵磁流體嗎？科學家開發出：鐵磁流體運動的計算機模型！
    鐵磁流體以其迷人的形狀變化尖峰顯示，是科學展覽中最受歡迎的展品之一。這些引人注目的磁場運動實例，通過計算工作捕捉它們的運動，可能會變得更加引人注目。阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）的一個研究小組現在開發了一個鐵磁流體運動計算機模型，可以用來設計更大尺寸的鐵磁流體顯示器。
  • 你見過鐵磁流體嗎?
    鐵磁流體以其迷人的形狀變化尖峰顯示，是科學展覽中最受歡迎的展品之一。這些引人注目的磁場運動實例，通過計算工作捕捉它們的運動，可能會變得更加引人注目。阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）的一個研究小組現在開發了一個鐵磁流體運動計算機模型，可以用來設計更大尺寸的鐵磁流體顯示器。這項研究是一個踏腳石，利用模擬來通知鐵磁流體在廣泛的實際應用，如醫學，聲學，雷達吸收材料和納米電子。
  • 鐵磁流體推進器:史上最奇特太空推進系統設想
    2012年，他提議在雪梨大學科學家此前研究的基礎上，利用這種離子流體研製現代衛星的微推進器。在密西根理工大學的新聞稿中，裡昂表示鐵磁流體是一個簡單而有效的解決方案，可用於研製可靠的微推進器。他說：「我們正對一種名為『鐵磁流體』的特殊材料進行研究。在將一塊磁鐵放入磁流體後，它們會呈現出一個美麗的結構——好似長滿刺的刺蝟。
  • GLL:鐵磁流體技術打造P179K車載揚聲器
    GLL-鐵磁流體技術打造P165K車載揚聲器GLL公司致力於研發世界上最好的音響設備而被我們廣泛的認知，而將鐵磁流體技術應用在汽車揚聲器上，運用鐵磁流體技術幫助音響設備進行散熱，體現了歐洲老牌音響製造企業對於磁路設計的執著。
  • 鐵磁流體打造的鐘表,獨特液體指針,賦予時間新的形態
    Ferrofluid Clock 指針所採用的獨特液體，即為 NASA 曾為解決零重力下抽取火箭燃料問題而開發的鐵磁流體 定製的高扭矩石英鐘機芯用於移動磁臂，以吸附鐵磁流體，使其指示時間。
  • 耐克超酷黑科技:杜蘭特定製戰靴運用鐵磁流體技術
    鐵磁流體是一種新型的功能材料，它既具有液體的流動性又具有固體磁性材料的磁性。這種材料是一種穩定的膠狀液體，在靜態時無磁性吸引力，當外加磁場作用時，才表現出磁性。鐵磁流體可廣泛應用於各種苛刻條件的磁性流體密封、減震、醫療器械、聲音調節、光顯示、磁流體選礦等領域。
  • 鐵磁流體技術完美應用 英國GLL汽車音響P165K兩分頻套裝
    鐵磁流體技術完美應用 英國GLL汽車音響P165K兩分頻套裝 2017-10-27 17:47 來源:CarCAV.com
  • 智能奇趣:高逼格鐵磁流體時鐘Ferrolic
    設計師Zelf Koelman就設計了一個非常有創意的磁鐵流體時鐘，這個時刻在流動變換著的時鐘：Ferrolic。Ferrolic鐵磁流體時鐘（圖片來自ferrolic.com，下同）　　Ferrolic是一個長方形盒子形狀，前面是一個透明的玻璃面板，面板內是白色面板，磁鐵液體可以在面板上自由移動，其他是由鋁做成的外殼。
  • 這是一款名為Ferroflow的鐵磁流體燈 看起來極具藝術性
    如果我們擺出布朗運動、納米技術、鐵磁流體（ferromagnetic fluid）這幾個名詞，你應該會將他們擺入到複雜的科學詞彙中，然後分分鐘把頁面關掉
  • [動圖+視頻]耐克用鐵磁流體展示最新KD8運動鞋
    據外媒報導，日前，耐克為了吸引更多的消費者駐足、欣賞、分享KD8這雙運動鞋，於是它在紐約市店內用了一種非常吸睛的展示方式—用鐵磁流體。
  • 耐克展示超炫酷鐵磁流體籃球鞋!科幻感爆表!_遊俠網 Ali213.net
    > 　　據外媒報導，日前，耐克為了吸引更多的消費者駐足、欣賞、分享KD8這雙運動鞋，於是它在紐約市店內用了一種非常吸睛的展示方式—用鐵磁流體沒錯，這個黑色液體就是剛剛提到的鐵磁流體。
  • NASA 50多年前發明的鐵磁流體技術如何改變對抗癌症的方式
    據外媒The Verge報導，美國宇航局（NASA)創建的鐵磁流體技術通常被作為在太空中移動燃料的一種方式，不過在不久之後，這項技術可能會用於
  • 高溫加熱後的磁流體,還能被磁鐵吸引嗎?你猜結果怎麼樣?
    歡迎來到本期節目磁流體是一種只要靠近磁鐵便會受到影響並且會不斷遊走的黑色流體，不過，聽說高溫加熱可以消磁，那麼如果用高溫加熱這種鐵磁流體會不會受到影響呢？把磁流體倒進下部放有磁鐵的玻璃容器之中，這個時候的磁流體是呈現出一簇一簇的形態，這個時候用火柴靠近磁流體，磁流體可以被火點燃，點燃後的磁流體開始慢慢地散開，有些部分甚至完全不會受到磁力的影響了，在火焰中不斷蠕動的磁流體突出的部分開始越變越小，越變越緊密，一直到最後，只剩下了一些碎渣滓，已經完全不是磁流體的形狀了，這些固體再靠近磁鐵可以看到，它依然可以被磁鐵所吸引
  • 神奇的磁流體
    今天介紹個好玩的東西，磁流體，又稱磁性液體、鐵磁流體或磁液，是一種新型的功能材料，它既具有液體的流動性又具有固體磁性材料的磁性
  • 魔性的磁流體了解一下
    在我們日常生活中經常會用到各種形式的磁鐵，而帶有磁性的液體很多人肯定沒有見過了。當磁鐵靠近時，磁流體會沿著看不見的磁感線方向均與分散開來，呈現出一個個尖峰造型，有點像榴槤的尖，看起來有點令人毛骨悚然。二、概念磁流體：又稱磁性液體、鐵磁流體或磁液，是一種新型的功能材料，它既具有液體的流動性又具有固體磁性材料的磁性。
  • 科學家開發出新複合材料表面:可通過磁場改變形狀
    據外媒New Atlas報導，近日哈佛大學的科學家們帶領一支國際團隊開發出一種新的複合材料表面，通過磁場的應用、並可以根據需要重新塑造其形狀，粘性或光滑性。該團隊稱其創造了一種含有鐵磁流體的液態注入多孔表面（FLIPS）。
  • 流體力學主要理論模型
    為了求出理論解，必須根據情況再提出一些符合或接近實際的假設，從而在某些條件下使方程組封閉。但是，即使方程組已封閉，求方程的解仍然不是輕而易舉的。由於方程的非線性特徵及方程中變量的互相耦合，使得求解這種一般的方程組幾乎成為不可能，因此還必須根據具體問題的特點抓住問題的主要方面，忽略次要方面，必要時作進一步的假設、簡化和近似，設計出一個合理的理論模型。以下列出流體力學主要的幾種理論模型，供讀者參考。
  • 【趣味物理】磁流體變成了聖誕樹(驚!!!)
    環球物理讓物理更簡單！！！ 磁流體(又稱磁性液體、鐵磁流體或磁液)，是由強磁性粒子、基液(也叫媒體)以及界面活性劑三者混合而成的一種穩定的膠狀溶液。該流體在靜態時無磁性吸引力，當外加磁場作用時，才表現出磁性。
  • 你沒聽錯液態!
    固態鐵磁材料形狀固定，無法重構；磁流體雖可重構，但室溫下呈順磁性且移除外加磁場後磁性消失。本研究將組裝在水油界面的單層磁性納米顆粒進行阻塞相變，形成磁流體可逆的順磁性到鐵磁性轉變。該鐵磁液滴表現出有限的剩磁和矯頑力，易重構並保持固體鐵磁體的磁屬性。該成果有助於推動活性物質、能量耗散組裝和可編程液態結構的研發。