I modelli al computer simulano in modo efficiente e accurato le risposte magnetiche dei ferrofluidi considerando solo la superficie del fluido.

La struttura appuntita che erutta dalla superficie liscia di un ferrofluido quando si avvicina un magnete può essere prevista in modo più accurato di quanto si pensasse in precedenza. I ricercatori KAUST hanno dimostrato che gli algoritmi di calcolo possono calcolare la risposta irta del ferrofluido a un magnete simulando solo lo strato superficiale del liquido.

I ferrofluidi sono sospensioni liquide di particelle a base di ferro che si comportano come un normale fluido, ma una volta che un magnete è presente, il ferrofluido cambia rapidamente forma per formare picchi che si allineano con il campo magnetico. Originariamente sviluppato dalla NASA, i ferrofluidi hanno numerosi usi che vanno dall'elettronica avanzata alla nanomedicina e hanno il potenziale per un uso ancora più ampio, se le loro risposte magnetiche potessero essere previste in modo più accurato.

Dominik Michels e il suo team stanno applicando simulazioni al computer per modellare il comportamento del ferrofluido. "Il nostro obiettivo è sviluppare un algoritmo efficiente e accurato per simulare le forme macroscopiche e il movimento dinamico dei ferrofluidi, "dice Libo Huang, un dottorato di ricerca studente nella squadra di Michels.

Recentemente, guardando al campo più ampio della simulazione dei fluidi, il team ha dimostrato che il concetto di simulazione del movimento del fluido considerando solo la superficie del liquido può essere adattato ai ferrofluidi.

"Mentre la simulazione del liquido solo superficiale fornisce una piattaforma per la simulazione dei fluidi, la sua estensione ai ferrofluidi è significativa, " dice Huang. Per modellare il comportamento di un fluido basandosi solo sulla sua superficie, il liquido deve rispondere agli input in modo semplice e lineare. La maggior parte dei ferrofluidi ha una risposta non lineare complessa a un campo magnetico.

Però, il team ha dimostrato che finché il campo magnetico non è troppo forte, la risposta è quasi lineare, consentendo loro di eseguire un calcolo solo superficiale della risposta al campo magnetico.

Nella simulazione, i ricercatori hanno rappresentato la superficie del liquido come una serie di triangoli, Huang spiega. "La rappresentazione dei ferrofluidi come triangoli di superficie ci ha permesso di stimare con precisione la curvatura dell'interfaccia del liquido e la posizione dell'interfaccia, " dice. La struttura a punta può essere simulata calcolando l'interazione tra la forza magnetica e la tensione superficiale del liquido.

Considerando solo la superficie del fluido, piuttosto che il suo intero volume, ha reso la simulazione molto più efficiente dal punto di vista computazionale, consentendo una simulazione più accurata del complesso comportamento del ferrofluido. "Siamo stati in grado di riprodurre la distanza tra i picchi del modello di picco del fluido reale in modo quantitativo accurato, " Dice Michels. "Potremmo simulare un movimento dinamico molto più complesso".