磁性弹性体的可调动态模量：从X-$\mu$CT表征到介观建模

铁凝胶与磁弹性体是将介观尺寸磁性颗粒嵌入交联聚合物基体中得到的复合材料。它们兼具聚合物材料的可逆弹性变形能力以及铁磁流体对外加磁场的高响应性。这类材料的突出之处例如在于大磁致伸缩，以及在外部磁场存在下弹性模量的显著增大。借助X射线微计算机断层扫描（X-ray micro-computed tomography），可高精度测量每个磁性颗粒的位置与尺寸。本文利用从真实磁弹性样品提取的数据作为粗粒化偶极-弹簧建模与计算的输入，研究磁致伸缩、刚化以及正态频谱的变化。更确切地说，我们为每个颗粒赋予正比于其体积的偶极矩，并在其间设置随机化弹簧网络以模拟聚合物弹性基体的行为。在扩展先前开发方法的基础上，我们计算了体系中由此产生的结构变化、整体畸变，以及开启磁相互作用时与频率相关的弹性模量。特别地，随着磁化强度增加，我们观察到链状聚集体的形成，导致显著的整体变形。有趣的是，静态弹性模量随磁相互作用幅值增大可先略有下降，随后在链形成时呈现明显上升。动态模量随磁化强度增加的变化依赖于频率，甚至可呈现非单调行为。总体而言，我们展示了理论与实验如何相互补充，以增进对这类有趣材料动态行为的认识。