Simulation of novel magnetic materials in the field of soft matter

Abstract

This thesis has dealt with the tailoring of magnetic soft matter. Two strategies are available to achieve this goal. First, it is possible to alter the magnetic nanoparticles, in order to change their interactions. Second, it is possible to exchange the carrier fluid into which the magnetic particles are embedded by a more complex matrix. For each of these two possibilities, an example was studied, namely shifted-dipole particles and magnetic gels. Shifted-dipole particles (sd-particles) are a special kind of model magnetic particles which can be used to explain findings for particles with magnetic caps as well as for particles with magnetic inclusions. Magnetic gels, on the other hand, derive their particular properties from an interplay of the magnetic properties of the nanoparticles and the elastic behavior of the polymer matrix. In the thesis, the findings for these two systems will be discussed, and further research questions will be identified.

Ziel dieser Doktorarbeit ist es, verschiedene Ansätze zu beleuchten, mit deren Hilfe die Eigenschaften weicher magnetischer Materialien beeinflusst werden können. Hier gibt es zwei Möglichkeiten: Zum einen können die magnetischen Teilchen modifizert werden, um deren Wechselwirkung zu verändern. Zum anderen kann die Trägerflüssigkeit gegen eine komplexere Matrix, wie etwa ein Hydrogel, ausgetauscht werden. In dieser Arbeit werden Beispiele für beide genannten Varianten im Detail untersucht. Zum einen waren dies die sogenannten Shifted-Dipole-Teilchen (SD-Teilchen), zum anderen magnetische Gele. SD-Teilchen sind ein einfaches Modell für experimentell realisierte Teilchen mit magnetischen Kappen und magnetischen Einschlüssen. Magnetische Gele sind wiederum von Interesse, weil die magnetischen Eigenschaften der Nanoteilchen um elastische Eigenschaften der Matrix ergänzt werden. In dieser Arbeit werden die Modelle und Ergebnisse für beide Systeme vorgestellt.