Modeling the trapping and transporting of cargo in a fluid by a system of self-assembled magnetic particles controlled by an external field

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

The dynamics of this process is modeled based on experiments on the capture and movement of a load by a system of self-organizing particles in a magnetic field. The transport system of particles is a structure in the form of one closed chain (two-dimensional case) or two parallel closed chains (three-dimensional case). As a result of the action of the external field, the particles are set in rotation and move translationally. Hydrodynamic interaction between all particles and the load, which does not interact with the external field, is taken into account. The mathematical model includes equations of viscous fluid hydrodynamics and particle dynamics in the approximation of small Reynolds numbers. Numerical modeling and visualization of the obtained results are performed using a specially developed software package. The performed numerical calculations confirmed the possibility of capture and transfer of the load in the case of location of the particle system and the load in the same plane. In the three-dimensional case, the capture of cargo and its movement by the transport structure in the form of parallel chains of particles does not lead to the capture of cargo. The obtained results are in qualitative agreement with the experiments. The proposed model can be used to calculate the dynamics of a system of particles self-organizing into closed chains in a liquid in the presence of foreign bodies.

Sobre autores

Sergey Martynov

Surgut State University

Email: martynovsi@mail.ru
ORCID ID: 0000-0001-6420-3315

D. Sci. (Phys. and Math.), Chief Researcher

Rússia, 1 Lenina av., Surgut, 628412, Khanty-Mansiysk Autonomous District - Yugra, Russia

Leonilla Tkach

Surgut State University

Autor responsável pela correspondência
Email: leonilla7777@mail.ru
ORCID ID: 0000-0002-8814-9285

Researcher

Rússia, 1 Lenina av., Surgut, 628412, Khanty-Mansiysk Autonomous District - Yugra, Russia

Bibliografia

  1. K. Hana, G. Kokot, O. Tovkach, A. Glatz, I. Aranson, A. Snezhko, "Emergence of self-organized multivortex states in flocks of active rollers", PNAS, 117:18 (2020), 9706-9711. doi: 10.1073/pnas.2000061117
  2. S. Moran, P. Schonhofer, S. Glotzer, "Shape-driven, emergent behavior in active particle mixtures", New J. Phys., 22 (2022). doi: 10.1088/1367-2630/ac7161
  3. Y. Cao, I. Mansir, S. Kumar, A. Elhosiny, A. Abed, "Heat transfer analysis on ferrofluid natural convection system with magnetic field", Ain Shams Engineering Journal, 14 (2023). doi: 10.1016/j.asej.2023.102122
  4. T. Fiuza, M. Sarkar, J. Riedl, A. Cebers, F. Cousin, G. Demouchy, J. Depeyrot, E.Dubois, F. Gelebart, G. Meriguet, R. Perzynski, V.Peyre, "Thermodiffusion anisotropy under magnetic field in ionic liquid-based ferrofluids", Soft Matter, Royal Society of Chemistry, 17 (2021), 4566-4577. doi: 10.1039/d0sm02190c
  5. Camilo A. Franco, Carlos A. Franco, Richard D. Zabala, Italo Bahamon, Angela Forero, Farid B. Cortes, "Field Applications of Nanotechnology in the Oil and Gas Industry: Recent Advances and Perspectives", Energy Fuels, 35:23 (2021), 19266-19287. doi: 10.1021/acs.energyfuels.1c02614
  6. A. Alkalbani, G. Chala, "A Comprehensive Review of Nanotechnology Applications in Oil and Gas Well Drilling Operations'', Energies, 17:4 (2024). doi: 10.3390/en17040798
  7. P. Zhang, G. Wu, C. Zhao, L. Zhou, X. Wang, S. Wei, "Magnetic stomatocytelike nanomotor as photosensitizer carrier for photodynamic therapy based cancer treatment", Colloids Surf., B., 19 (2020). doi: 10.1016/j.colsurfb.2020.111204
  8. W. Gao, de Avila B. Esteban-Fernandez, L. Zhang, J. Wang, "Targeting and Isolation of Cancer Cells Using Micro/NanomotorsEmergent pattern formation of active magnetic suspensions in an external field", Adv Drug Deliv Rev., 125 (2018), 94--101. doi: 10.1016/j.addr.2017.09.002
  9. G. Kokot, G. V. Kolmakov, I. S. Aranson, A. Snezhko, "Dynamic self-assembly and self-organized transport of magnetic micro-swimmers", Scientific Reports, 7 (2017). doi: 10.1038/s41598-017-15193-z
  10. Q. Wang, L. Yang, B. Wang, E. Yu, J. Yu, L. Zhang, "Collective Behavior of Reconfigurable Magnetic Droplets via Dynamic Self-Assembly", ACS Appl. Mater. Interfaces, 11:1 (2019), 1630-1637. doi: 10.1021/acs.accounts.5b00025
  11. K. Arigaa, M. Nishikawa, T. Mori, J. Takey, L. K. Shrestha, J. P. Hill, "Self-assembly as a key player for materials nanoarchitectonics", Science and Technol
  12. M. Driscoll, B. Delmotte, "Leveraging collective effects in externally driven colloidal suspensions: experiments and simulations", Current Opinion in Colloid and Interface Science, 40 (2019), 42-57. doi: 10.1016/j.cocis.2018.10.002
  13. S. I. Martynov, L. Yu. Tkach, "Simulation of Particle Aggregate Dynamics in a Viscous Fluid", Computational Mathematics and Mathematical Physics, 55:2 (2015), 282–290. doi: 10.7868/S0044466915020143
  14. S. I. Martynov, L. Yu. Tkach, "Mechanism of Moving Particle Aggregates in a Viscous Fluid Subjected to a Varying Uniform External Field", Computational Mathematics and Mathematical Physics, 59:3 (2019), 475–483. doi: 10.31857/S0044466920110083
  15. I. E. Tamm, Fundamentals of the Theory of Electricity, M.: Fizmatlit, 2003, 616 p.
  16. S. I. Martynov, L. Yu. Tkach, "Hydrodynamic mechanism for dynamical structure formation of a system of rotating particles", Zhurnal Srednevolzhskogo Matematicheskogo Obshchestva, 26:2 (2024), 175-194. doi: 10.15507/2079-6900.26.202402.175-194
  17. V. E. Baranov, S. I. Martynov, "The influence of hydrodynamic interaction on the rate of sedimentation of a large number of particles in a viscous fluid", Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Mechanics of fluid and gas, 2004, no. 1, 152-164.
  18. A. M. Shutyy, "Equilibrium values and dynamics of the total magnetic moment of systems of magnetic dipoles", Journal of Experimental and Theoretical Physics, 137:2 (2010), 277-286.
  19. A. M. Shutyy, "Equilibrium values and dynamics of the total magnetic moment of systems of magnetic dipoles", Journal of Experimental and Theoretical Physics, 137:2 (2010), 277-286.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML

Declaração de direitos autorais © Martynov S.I., Tkach L.Y., 2025

Creative Commons License
Este artigo é disponível sob a Licença Creative Commons Atribuição 4.0 Internacional.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».