Modelos de computador simulam com eficiência e precisão as respostas magnéticas de ferrofluidos, considerando apenas a superfície do fluido.

A estrutura pontiaguda que emerge da superfície lisa de um ferrofluido quando um ímã é aproximado pode ser prevista com mais precisão do que se pensava anteriormente. Os pesquisadores do KAUST mostraram que algoritmos computacionais podem calcular a resposta eriçada do ferrofluido a um ímã simulando apenas a camada superficial do líquido.

Ferrofluidos são suspensões líquidas de partículas à base de ferro que se comportam como um fluido normal, mas uma vez que um ímã está presente, o ferrofluido muda rapidamente de forma para formar pontas que se alinham com o campo magnético. Desenvolvido originalmente pela NASA, os ferrofluidos têm vários usos, que vão desde a eletrônica avançada até a nanomedicina e têm potencial para um uso ainda mais amplo, se suas respostas magnéticas pudessem ser previstas com mais precisão.

Dominik Michels e sua equipe estão aplicando simulações de computador para modelar o comportamento do ferrofluido. "Nosso objetivo é desenvolver um algoritmo eficiente e preciso para simular as formas macroscópicas e o movimento dinâmico de ferrofluidos, "diz Libo Huang, um Ph.D. aluno da equipe de Michels.

Recentemente, olhando para o campo mais amplo de simulação de fluidos, a equipe mostrou que o conceito de simular o movimento do fluido considerando apenas a superfície do líquido pode ser adaptado aos ferrofluidos.

"Embora a simulação de líquido apenas de superfície forneça uma plataforma para simulação de fluido, sua extensão aos ferrofluidos é significativa, "Huang diz. Para modelar o comportamento de um fluido com base apenas em sua superfície, o líquido deve responder às entradas de uma forma linear simples. A maioria dos ferrofluidos tem uma resposta não linear complexa a um campo magnético.

Contudo, a equipe mostrou que, enquanto o campo magnético não for muito forte, a resposta é quase linear, permitindo-lhes realizar um cálculo apenas de superfície da resposta do campo magnético.

Na simulação, os pesquisadores representaram a superfície do líquido como uma série de triângulos, Huang explica. "A representação dos ferrofluidos como triângulos de superfície nos permitiu estimar com precisão a curvatura da interface do líquido, bem como a posição da interface, ", diz ele. A estrutura do pico pode ser simulada calculando a interação entre a força magnética e a tensão superficial do líquido.

Considerando apenas a superfície do fluido, em vez de todo o volume, tornou a simulação muito mais eficiente computacionalmente, permitindo uma simulação mais precisa do comportamento complexo do ferrofluido. "Conseguimos reproduzir a distância entre os picos do padrão de picos do fluido real de uma forma quantitativa precisa, "Michels diz." Poderíamos simular movimentos dinâmicos muito mais complexos. "