НОВЫЕ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ. Новые свойства и применение магнитной жидкости
 Скачать 19.25 Kb.
|
|
НОВЫЕ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ В этом обзоре мы сообщим о серии исследований самодельных однородных магнитных жидкостей. Наиболее впечатляющим свойством, обсуждаемым в нашем исследовании, является упорядоченная структура магнитных столбиков, образующихся в тонкой пленке магнитной жидкости под воздействием внешнего магнитного поля, перпендикулярного или параллельного поверхности пленки. Стоит отметить, что упорядоченной структурой можно манипулировать, изменяя управляющие параметры. Это показывает изменчивость упорядоченной структуры. С упорядоченными структурами генерируются некоторые важные магнитооптические характеристики, такие как магнитохроматика, двойное лучепреломление и коэффициент пропускания, зависящий от поля. Эти оптические свойства формируют основу для дальнейшего развития соответствующих оптических устройств с использованием однородных пленок магнитной жидкости. В начале 20-го века почти все усилия ученых были направлены на изучение разнообразных явлений твердого вещества. Концептуальная парадигма твердого вещества - это картина плотной периодической решетки и основы атомов. Эта парадигма оказалась чрезвычайно успешной при описании свойств твердого вещества и продолжает лежать в основе большей части текущей работы. Однако в 1960-х годах появился особый класс материалов [1 ±7], названный мягким материалом, свойства и поведение которого абсолютно отличаются от свойств и поведения твердого вещества. Это приводит к замечательной эволюции от науки о твердом теле к науке о конденсированных средах. В общем, мягкие материалы, которые характеризуются тем, что они легко деформируются под действием внешних напряжений, электромагнитных или гравитационных полей и т.д., могут включать жидкости, жидкие кристаллы, полимеры, эмульсии и коллоиды. Благодаря высокой чувствительности и приводу в действие применение мягких материалов растет и демонстрирует универсальный промышленный интерес к этим интеллектуальным материалам, содержащим мягкие строительные блоки. В то же время, другой значительный прогресс в науке и технология в этот период была ростком наноразмерной науки и техники [8 ± 10]. В нанотехнологии особое внимание уделяется материалам малых размеров, обычно 1 ± 100 нм, которые соединяют макроскопические и микроскопические области исследований. Строгий контроль химического и структурного совершенства образцов является сутью наноразмерной технологии. Эти новые технологии, позволяющие изготавливать наноразмерные строительные блоки, открыли революционный метод исследования свойств материалов и характеристик устройств, и работа быстро расширяется по всему миру. Таким образом, нанотехнология является очень широкой и междисциплинарной областью исследований и, следовательно, приносит огромные общие исследовательские интересы химикам, физикам, металлургам и инженерам. Как правило, во всем мире исследования нанотехнологии проводятся в области наночастиц, наноструктурированных материалов и наноустройств [11]. Среди этих категорий работа по диспергированию наночастиц в жидкостях или полимерах приводит к созданию гибрида нанотехнологии и мягких материалов. Эти материалы обладают свойствами как мягких материалов, так и наночастиц, а также демонстрируют плодотворное коммерческое воздействие. Магнитная жидкость (также называемая ферроидом), которая состоит из коллоидных магнитных наночастиц, диспергированных с помощью поверхностно-активных веществ в непрерывной фазе-носителе, представляет собой типичный гибрид мягкого материала и наночастицы. Ферроид был впервые успешно синтезирован в 1960-х годах [12,13]. Магнитный порошок измельчали до коллоидных наночастиц с помощью измельчения в шаровой мельнице в присутствии поверхностно-активного вещества и жидкого носителя. Средний диаметр диспергированных частиц составляет от 5 до 10 нм. Каждая частица в жидкости ведет себя как постоянный магнитный дипольный момент, пропорциональный ее размеру, и может свободно выравниваться с внешним магнитным полем, но из-за низкой эффективности производства в процессе измельчения в шаровой мельнице в 1970-х годах был разработан другой метод химического осаждения [14]. Из-за по мере совершенствования процесса производства ферроид становится популярным, и, следовательно, интерес ученых привлекается к области исследований. Это исследование в основном сосредоточено на структурообразующих системах ферроидов в магнитных полях [15 ± 20], магнитоиндуцированных оптических свойствах [21 ± 24] и приложениях в механических работах [25 ± 29], оптических устройствах [30 ± 32] или даже в медицине [33]..Как упоминалось выше, ферроиды содержат огромные магнитные наночастицы в жидкости, и, следовательно, на них может влиять как параллельное, так и перпендикулярное магнитное поле. При параллельных магнитных полях в пленке магнитной жидкости были обнаружены магнитные цепочки [24,34,35]. Это приводит к индуцированному магнитным полем двулучепреломлению ферроида [21,24], а также двулучепреломлением можно управлять, изменяя напряженность поля [24,36,37]. Аналогичное явление наблюдалось для жидкого кристалла, который также является одним из мягких материалов, проявляющих двойное лучепреломление в электрическом поле или без него. Как мы знаем, двойное лучепреломление жидких кристаллов, модулированное электрическим полем, широко применяется в оптических устройствах, таких как жидкокристаллические дисплеи, переключатели и т.д.. Это говорит о том, что существует хорошая возможность разработки оптических устройств с использованием двойного лучепреломления ферроида, индуцированного магнитным полем. С другой стороны, при перпендикулярных полях многие исследователи указали, что образуются неупорядоченные двумерные решетки магнитных столбиков, которые агломерируются магнитными наночастицами [17,38,39]. Другие исследователи создали более упорядоченные двумерные решетки в тонких пленках магнитных эмульсий [40], феррожидкостях, содержащих немагнитные сферы [41], или концентрированных феррожидкостях на основе минерального растворителя [42]. Однако эти решетки имеют тенденцию к затвердеванию и поэтому не подходят для применений, требующих быстрого взаимопревращения между кристаллическим и аморфным состояниями. После успеха в синтезе высокогомогенных ферроидов в нашей недавней работе [43] мы обнаружили упорядоченную гексагональную структуру магнитных столбиков по всей пленке магнитной жидкости при однородных перпендикулярных магнитных полях, превышающих критическое значение [19]. Позже была обнаружена беспрецедентная эволюция структуры в пленке магнитной жидкости при перпендикулярных полях [44]: агломерация, фаза неупорядоченных колонн, многоуровневая упорядоченная гексагональная структура через переходную фазу. Упорядоченная гексагональная структура магнитных столбиков в пленка магнитной жидкости обеспечивает новое оптическое свойство магнитохроматики [23,45], которое показывает, что гексагональная структура магнитных столбиков действует как двумерная решетка. Благодаря разнообразию структурных структур и магнитоиндуцированным оптическим свойствам пленок магнитной жидкости при воздействии внешних магнитных полей исследования в области ферроида быстро распространяются по всему миру. В этом отчете мы сначала дадим обзор формирования структурного рисунка магнитных столбиков в тонкой пленке магнитной жидкости под действием магнитных полей, а затем продемонстрируем основы применения ферроида, основанные на замечательных оптических свойствах, обусловленных этими магнитоиндуцированными структурами. |