磁凝胶三维偶极-弹簧模型弹性的密度泛函方法

磁凝胶是由聚合物基体和嵌入的磁性颗粒组成的复合材料。二者在力学上相互耦合，从而产生磁致伸缩效应以及可响应外部磁场的可控整体弹性。由于其固有的复合及由此带来的多尺度特性，一个连接不同描述层次的理论框架对于理解磁凝胶的磁机械性质不可或缺。在本研究中，我们将最近发展的密度泛函方法从二维空间推广到更真实的三维系统。沿此思路，我们把分辨磁性颗粒离散结构的中尺度表征与磁凝胶的宏观连续介质参数联系起来。特别地，我们纳入了磁偶极-偶极相互作用的长程性质，并考虑了嵌入介质近似不可压缩性，以及相对于破坏旋转对称性的外磁场的相对转动。随后我们探查了模型系统在其参考态下的形状，确认了磁致伸缩效应对磁性颗粒构型及所考察样品形状的依赖关系。此外，基于我们的中尺度方法计算弹性和转动系数，我们考察了宏观行为类型与中尺度性质的关联。文中也讨论了随机颗粒构型实际系统的启示。