环境温度对纳米磁流体场诱导光学双折射的影响

在20～80℃温度范围内,研究了两种浓度的铁氧体(主要成分为Fe3O4)磁流体在一系列固定磁场强度(场强范围为0～200mT)下的双折射与温度的关系.结果表明不同浓度磁流体的双折射具有类似的磁场和温度依赖性.固定磁场强度时,磁流体的双折射值与温度成反比;而温度恒定时,磁流体的双折射值与外磁场的强度成正比;在相同磁场强度、恒定温度下,高浓度磁流体的双折射值比低浓度磁流体的大.详细分析了实验结果,并深入讨论了磁流体双折射的温度、场强和浓度依赖性的物理机理.     

非磁性微球掺杂对纳米磁流体场诱导双折射特性的影响

利用二氧化硅和聚苯乙烯非磁性微球掺入铁氧体纯磁流体中,制得了复合磁流体.定性地研究了复合磁流体在外磁场作用下的双折射与非磁性微球的种类、掺杂浓度以及纯磁流体自身浓度的关系.研究表明,不同浓度的纯磁流体掺杂等量的聚苯乙烯微球对其双折射随磁场的变化趋势影响不同|同一浓度的纯磁流体掺杂不同种类的非磁性微球,对其双折射的影响也不同|掺杂等量但不同比例的两种非磁性混合微球所形成的复合磁流体中,其中一种非磁性微球对其双折射的影响起主导作用,使得该复合磁流体双折射随磁场的变化趋势与起主导作用的非磁性微球单独掺杂时相似.     

非磁性微球掺杂对纳米磁流体场诱导双折射特性的影响

利用二氧化硅和聚苯乙烯非磁性微球掺入铁氧体纯磁流体中,制得了复合磁流体.定性地研究了复合磁流体在外磁场作用下的双折射与非磁性微球的种类、掺杂浓度以及纯磁流体自身浓度的关系.研究表明,不同浓度的纯磁流体掺杂等量的聚苯乙烯微球对其双折射随磁场的变化趋势影响不同;同一浓度的纯磁流体掺杂不同种类的非磁性微球,对其双折射的影响也...     

温度敏感型磁流体热磁对流特性研究

建立了描述外磁场作用下温度敏感型磁流体热磁对流特性的数学模型,数值模拟了回路中热磁对流的流动与传热特性.搭建了磁流体热磁对流回路装置,采用粒子示踪测速技术(PIV)测量了磁流体的流速,用热电偶测量了磁流体的温度分布.通过实验值和数值模拟结果,分析了不同磁场大小、不同热负荷,以及不同冷却温度下回路的运行特性.     

基于全光纤萨格纳克干涉仪的温度不敏感磁场测量

研究了双折射磁光光纤萨格纳克 (Sagnac) 干涉仪透射谱的磁场和温度敏感性. 实验表明, 干涉仪透射谱会随着温度的增加向短波长移动 (温度系数为-0.435 nm/℃), 其波长依赖性则随着磁场的增加而降低. 据此, 通过调节干涉仪内偏振控制器状态实现了温度不敏感的磁场测量, 磁场系数为189 mW/T², 实验结果与理论分析一致. 关键词： 磁场测量 磁光效应 双折射 萨格纳克干涉仪     

基于光子晶体光纤交叉敏感分离的磁场温度传感研究

提出了一种基于定向耦合效应和表面等离子共振效应的交叉敏感分离的磁场温度传感结构.在光子晶体光纤的一个特定空气孔中填充磁流体,利用磁流体的磁光效应和定向耦合效应形成磁场传感通道;在垂直方向的另一空气孔的内壁镀金纳米薄膜并填充甲苯液体,利用甲苯的温敏效应和表面等离子共振效应形成温度传感通道.对应输出谱出现两个损耗峰,测量损耗峰位置可以间接测出磁场强度和温度变化.通过理论计算()和结构优化,在90—270 Oe1 Oe=10~3/(4π) A/m范围内,磁场强度的灵敏度最高可达1.16 nm/Oe;在25—60?C范围内,温度的灵敏度可达-9.07 nm/?C.虽然填充的两种液体的折射率都受环境温度的影响,但通过建立灵敏度系数矩阵,可以消除磁场强度与温度的交叉敏感,实现磁场温度双参量的高灵敏度检测.     

外磁场作用下磁流体的对流换热特性

实验研究了外加磁场作用下水基磁流体的对流换热特性,分别测量了均匀磁场和梯度磁场条件下磁流体横掠加热细丝的对流换热系数,分析了外加磁场强度和方向对磁流体传热性能的影响.实验结果表明,外加磁场是影响磁流体对流换热的一个重要因素,应用外加磁场可以控制磁流体对流换热过程.     

磁流体在非均匀磁场下的实验特性

由于磁流体中的磁性颗粒顺磁排布,在磁场作用下其表面自然形成山丘型结构.对小山丘结构的成因以及山丘属性进行理论分析,通过拍照技术与计算机PS技术相结合的方法,对山丘倾斜角度、高度、直径随磁感应强度、磁流体表面积、磁流体厚度、基液质量等参量的变化进行实验探究.结果表明:非匀强磁场中山丘倾斜角度的大小,取决于所在磁场磁感线的分布;山丘高度和直径与磁流体厚度、浓度、磁场强度密切相关.     

非均匀磁场中磁流体热磁对流的实验研究

建立了测量非均匀磁场条件下圆柱腔体内磁流体热磁对流特性的实验系统,实验结果显示,磁流体热磁对流特性受磁场强度、温差以及磁场梯度方向与温度梯度方向之间关系的控制,当磁场梯度方向与温度梯度方向一致时,外加磁场强化了磁流体的热磁对流过程,且随着磁场强度和温差的增大,热磁对流强度加强。当磁场梯度方向、温度梯度方向以及重力方向三者相同时,磁流体的热磁对流强度最剧烈。     

保偏光纤陀螺横向磁场误差的温度依赖性

针对无骨架光纤环的保偏光纤陀螺中横向磁场误差的温度依赖性研究发现,保偏光纤线双折射以及Verdet常数固有的温度依赖性可以导致横向磁场误差随着温度变化而变化。利用琼斯矩阵方法推导了保偏光纤陀螺横向磁场误差与温度的关系,并进行了实验验证。实验结果表明,对于长度为1km,半径为6cm,光纤线双折射为2027rad·m-1,最大扭转率为0.382rad·m-1的无骨架光纤环,在1mT横向磁场以及-40~60℃温度场作用下,光纤陀螺的横向磁场误差由26.51(°)·h-1增加到30.43(°)·h-1。     

磁流体粘度的实验研究

采用毛细法粘度计测量了水基Fe磁流体的粘度,分析了磁性粒子份额、表面活性剂含量以及外加磁场强度和方向对粘度的影响。实验结果表明,磁流体粘度随着磁性粒子和表面活性剂浓度的增加而增加;随着外加磁场强度的增大而增大,对于相同的磁流体,在外加磁场方向垂直于流动方向时的粘度大于外加磁场方向平行于流动方向时的粘度;表面活性剂含量的增大将减弱外加磁场对磁流体粘度的影响。     

Magneto-optic fiber Sagnac modulator based on magnetic fluids

A magneto-optic modulator with a magnetic fluid film inserted into an optical fiber Sagnac interferometer is proposed. The magnetic fluid exhibits variable birefringence and Faraday effect under external magnetic field that will lead to a phase difference and polarization state rotation in the Sagnac interferometer. As a result, the intensity of the output light is modulated under the external magnetic field. Moreover, the modulator has a high extinction ratio and can easily be integrated in a single-mode fiber system. The performance of the modulator is not affected by ambient temperature variation from room temperature to 40 °C.     

水基磁性液体的场诱导光衍射特性的研究

设计了一套用于研究磁性液体的场诱导静态和动态光衍射特性的实验装置.通过在样品的后方放置一个适当孔径的光阑,实现了定量研究其衍射特性的目的.采用沿衍射方向移动光阑的方法定量地研究了衍射光的空间分布.设计了一个指数衰减函数用来拟合动态衍射实验的数据,获得动态衍射的特征时间.以两种不同浓度的表面包覆型水基氧化铁磁性液体样品为例,定量地实验研究了其场诱导光衍射特性与外磁场强度和样品浓度的关系.结果表明,磁性液体的场诱导结构对光的静态和动态衍射与外磁场的强度和磁性液体的浓度有关.其静态衍射与外磁场强度呈非单调的关系|其动态衍射的特征时间与外磁场的强度成反比,与磁性液体的浓度成正比.对实验中观察到的场诱导静态和动态衍射特性的物理机理进行了详细的分析.     

水基磁性液体的场诱导光衍射特性的研究

设计了一套用于研究磁性液体的场诱导静态和动态光衍射特性的实验装置.通过在样品的后方放置一个适当孔径的光阑,实现了定量研究其衍射特性的目的.采用沿衍射方向移动光阑的方法定量地研究了衍射光的空间分布.设计了一个指数衰减函数用来拟合动态衍射实验的数据,获得动态衍射的特征时间.以两种不同浓度的表面包覆型水基氧化铁磁性液体样品为例,定量地实验研究了其场诱导光衍射特性与外磁场强度和样品浓度的关系.结果表明,磁性液体的场诱导结构对光的静态和动态衍射与外磁场的强度和磁性液体的浓度有关.其静态衍射与外磁场强度呈非单调的关系;其动态衍射的特征时间与外磁场的强度成反比,与磁性液体的浓度成正比.对实验中观察到的场诱导静态和动态衍射特性的物理机理进行了详细的分析.     

电场作用下银纳米流体的可调谐双折射行为

用微乳液法制备了一种银纳米流体,并研究了该流体在电场作用下的光学行为。He-Ne激光束(λ=632.8 nm)垂直于电场方向,以5°入射角通过银纳米流体,当施加电场时出现明显的双折射。在相同的电场作用下o光和e光折射率随着体积比的增加而增加;同一体积比的银纳米流体的折射率随着电场的增大而变小;电场强度为0 kV·mm~(-1)时并没有出现双折射现象。实验结果表明:无论是在相同电场时折射率随体积比的变化量,还是在相同体积比时折射率随电场强度的变化量,e光总是大于o光。     

磁性液体在磁场中产生光的双折射效应机理

磁性液体是一种特殊的高分子稳定胶体,在磁场中会产生光的双折射效应,对磁性液体在胶体学科方面展开研究,发现磁性液体在磁场中的弱絮凝行为表现异常明显,显示出特有的方向性,且又不至胶体系统失稳,证明了磁性液体中的磁性微粒在磁场中聚集成方向性的链状而又不失稳的临界状态存在。从而揭示了方向性弱絮凝是磁性液体在磁场中产生光的双折射效应的机理。     

Macroscopic and microscopic structural integrity in magnetic colloids—cationic micellar solution: Rheology, SANS and magneto-optical study

A stable mixture of two colloid system composed of double surfactant coated aqueous nanomagnetic fluid and aqueous micellar solution of cationic micelles of cetyletrymethyl ammonium bromide (CTABr) is prepared as a function of nanomagnetic fluid concentration. This mixed system is analyzed using three techniques such as zero field and field induced viscosity measurements, Small Angle Neutron Scattering technique and magneto-optical birefringence measurements. In field induced viscosity measurement it is observed that even 20% magnetic fluid concentration in CTABr aqueous solution shows 75% increase in viscosity compared to pure magnetic fluid. This suggests that in presence of CTABr micelles, a novel magneto rheological effect for low concentration of magnetic fluid is observed. From SANS measurements it is observed that aggregation number and a/b ratio increases with magnetic fluid concentration and magnetic birefringence reveals non-superimpose behavior of normalized field induced retardation. Results of these experiments are compared and indicate zero fields and field induced structural integrity between magnetic particles and soft micelles.     

Effects of sweep rates of external magnetic fields on the labyrinthine instabilities of miscible magnetic fluids

The interfacial instability of miscible magnetic fluids in a Hele-Shaw Cell is studied experimentally, with different magnitudes and sweep rates of the external magnetic field. The initial circular oil-based magnetic fluid drop is surrounded by the miscible fluid, diesel. The external uniform magnetic fields induce small fingerings around the initial circular interface, so call labyrinthine fingering instability, and secondary waves. When the magnetic field is applied at a given sweep rate, the interfacial length grows significantly at the early stage. It then decreases when the magnetic field reaches the preset values, and finally approaches a certain asymptotic value. In addition, a dimensionless parameter, Pe, which includes the factors of diffusion and sweep rate of the external magnetic field, is found to correlate the experimental data. It is shown that the initial growth rate of the interfacial length is linearly proportional to Pe for the current experimental parameter range and is proportional to the square root of the sweep rate at the onset of labyrinthine instability.     

磁流体中Helmholtz和Kelvin力的界定

磁流体磁彻体力的两种简化形式Helmholtz力和Kelvin力具有一定的适用范围.在推导磁流体中的磁彻体力表达式基础上,分析Helmholtz力和Kelvin力在磁流体中的起源,得出两种形式的成立条件.计算结果表明:当磁流体磁导率与外磁场强度无关时,磁流体磁彻体力可由Helmholtz力表示;当磁流体中磁性颗粒的平均磁矩与磁流体比体积无关时,Kelvin力为磁彻体力的简化形式;在磁流体磁化系数与其密度成正比情况下,Helmholtz力可转换为Kelvin力. 关键词： 磁流体 磁彻体力 Helmholtz力 Kelvin力