Magnetoreologiset (MR) nesteet ovat älymateriaaleja, joiden ominaisuudet muuttuvat ulkoisen magneettikentän vaikutuksesta. Diplomi-insinööri Ilari Jönkkäri tutki väitöskirjassaan MR-nesteiden ominaisuuksia, mistä on hyötyä niihin perustuvan teknologian kehityksessä.

Magneettikentän voimakkuuden kasvaessa MR-nesteen reologiset ominaisuudet muuttuvat eli sen viskositeetti kasvaa ja neste saa myötöjännityksen.

- Myötöjännitystä pienemmillä jännityksillä neste käyttäytyy kiinteän materiaalin tavoin ja alkaa virrata vasta, kun myötöjännitys ylitetään. Muutos on hyvin nopea, sillä se tapahtuu millisekunneissa ja neste palautuu alkuperäiseen tilaansa, kun magneettikenttä poistetaan, väitöskirjassaan MR-nesteiden ominaisuuksien, erityisesti myötöjännityksen, mittausmenetelmien kehittämiseen perehtynyt Ilari Jönkkäri kertoo.

Kun nesteen ominaisuudet tunnetaan luotettavasti, tietoa voidaan käyttää nesteiden parissa tehtävässä kehitystyössä ja MR-teknologiaan perustuvien laitteiden suunnittelussa.

- MR-nesteisiin perustuen on mahdollista esimerkiksi suunnitella uudenlaisia iskunvaimentimia, jarruja ja kytkimiä, Jönkkäri sanoo.

Kaupallisista sovelluksista tunnetuin on säädettävä iskunvaimennin. Aikaisemmat säädettävät iskunvaimentimet on toteutettu mahdollistamalla iskunvaimentimen sisällä olevien öljyn virtauskanavien koon muuttamisen. Virtauskanavan koon pienentyessä öljyn virtaus kanavan läpi vaikeutuu ja iskunvaimentimesta tulee jäykempi. Säätö tapahtuu yleensä manuaalisesti.

- MR-nesteeseen perustuvassa iskunvaimentimessa virtauskanavan koko pysyy muuttumattomana, mutta kanavassa olevan magneettikentän voimakkuutta voidaan säätää. Magneettikentän voimakkuutta kasvattamalla nesteen virtaus vaikeutuu ja vaimennin muuttuu jäykemmäksi. Tämä mahdollistaa iskunvaimentimen jäykkyyden lähes reaaliaikaisen säädön muuttuvien tieolosuhteiden mukaisesti.

MR-nesteet koostuvat pääasiassa pienistä, halkaisijaltaan noin kymmenen mikrometrin kokoisista magneettisista partikkeleista, jotka on sekoitettu yleensä mineraali- tai silikoniöljyyn. Ulkoisen magneettikentän vaikutuksesta partikkelit liittyvät toisiinsa pienten magneettien tavoin ja muodostavat ketjurakenteita, jotka vaikeuttavat nesteen virtausta. Magneettisten partikkelien ja öljyn välillä on suuri tiheysero, jonka vuoksi partikkelit laskeutuvat ajan kuluessa nesteen pohjalle, jos ulkoinen magneettikenttä ei ole jatkuvasti kytkettynä. Ilari Jönkkäri paransi MR-nesteen säilyvyyttä käyttämällä nanopartikkeleita.

- Tämä niin kutsuttu sedimentaatio on MR-nesteiden suurimpia heikkouksia ja se voi aiheuttaa sen, ettei laite enää toimi. Korvasin tutkimuksessani osan suuremmista magneettisista partikkeleista noin tuhat kertaa pienemmillä magneettisilla nanopartikkeleilla. Menetelmän avulla sedimentaatio hidastui jopa 20-kertaisesti alkuperäisestä ja sedimentaation jälkeenkin partikkelien uudestaan sekoittuminen nesteeseen helpottui, Jönkkäri sanoo.

Diplomi-insinööri Ilari Jönkkärin materiaalitekniikan alaan kuuluva väitöskirja Rheological characterization of magnetorheological fluids (Magnetoreologisten nesteiden reologinen karakterisointi) tarkastetaan julkisesti Tampereen teknillisen yliopiston (TTY) teknisten tieteiden tiedekunnassa perjantaina 5.10.2018 kello 12.00 alkaen Festian Pieni Sali 1:ssä (Korkeakoulunkatu 8, Tampere). Vastaväittäjinä toimivat tohtori Ladislau Vékás (Romanian Academy-Timisoara Branch, Romania) ja yliopisto lehtori Sami Hietala (Helsingin yliopisto). Tilaisuutta valvoo professori Jyrki Vuorinen TTY:n materiaaliopin laboratoriosta.