均匀磁场中磁性液体的磁表面张力系数实验研究

基于特殊性能的磁性液体增设了综合性设计性实验项目,根据项目式教学法初步实现了以学生自我训练为主的教学模式.本文设计了磁性液体磁表面张力系数智能测试仪,研究了均匀磁场中4种不同类型磁性液体的磁表面张力系数随磁感应强度的变化规律.随外加磁场磁感应强度的增强,磁性液体的磁表面张力系数增大,主要是磁场增强了磁性颗粒之间的相互作用力.磁感应强度相同时,载液质量对磁性液体的磁表面张力系数影响较大,载液质量越小,单位体积内融入的磁性颗粒数量越多,导致磁性液体的磁表面张力系数越大.表面活性剂种类对磁性液体磁表面张力系数的影响也较大,由于油酸对磁性颗粒的吸附作用比PBSI-941表面活性剂强,油酸官能团较早吸附在磁性颗粒表面,限制了磁性颗粒进一步长大,导致MFO-4磁性液体磁表面张力系数较小.     

磁性液体薄膜的折射率在外加磁场作用下的变化特性研究

用两块玻璃夹持一层几个μm厚的磁性液体薄膜.将这一磁性液体薄膜垂直放置于由亥姆霍兹线圈建立的均匀磁场中.在迈克尔孙干涉仪上用对比测量法测量在不同外加磁场强度作用下磁性液体薄膜的折射率.实验发现, 磁性液体薄膜的折射率随外加磁场强度的变化而变化.结合实验研究, 提出了外加磁场改变了磁性液体颗粒链的大小, 改变了磁性颗粒链的大小和入射光波波长的比值, 从而改变了磁性液体的折射率的设想.初步建立起了磁性液体薄膜的折射率和外加磁场强度之间的关联式.为磁场测量、光学阀门等新型磁光器件的开发提供了新的技术.     

一种新型的基于磁性液体的光纤Sagnac磁场传感器

提出一种使用磁性液体的新型光纤Sagnac磁场传感器.磁性液体具有磁致可变双折射效应和二向色性,在外加磁场作用下,液体中的磁性纳米粒子沿磁场方向结链规则排列,形成各向异性.将其制成液体薄膜,放入具有一段保偏光纤的Sagnac环中,使光纤Saganc干涉仪的正弦形状干涉光谱可随外磁场变化.光纤中传输光垂直经过磁性液体薄膜...     

磁性液体中非磁性小球与磁性纳米颗粒的相互作用及磁组装

利用磁性液体与聚苯乙烯小球溶液混合得到的复合磁性液体, 研究了聚苯乙烯小球和磁性纳米颗粒在外加磁场作用下的动力学过程. 实验结果表明, 当外加磁场的方向平行于样品平面时, 聚苯乙烯小球在沿着磁场的方向上表现出相互吸引而形成链状结构, 其动力学过程可分为聚苯乙烯小球被反磁化产生相互吸引而形成短链的快过程以及短链间相互吸引形成长链的慢过程; 当外加磁场的方向垂直于样品平面时, 相邻聚苯乙烯小球表现出排斥的相互作用而形成短程有序的二维结构, 当磁场强度增加到一定的阈值时, 聚苯乙烯小球和磁性纳米颗粒形成的团簇会产生相互吸引而组装成复合式的花瓣结构. 关键词： 磁性液体 磁组装 非磁性颗粒     

磁性液体一阶磁浮力原理实验研究

基于伯努利方程推导了磁性液体的一阶磁浮力,实验研究了不同轴线上一阶磁浮力的变化规律,便于学生理解一阶磁浮力变化的本质原因.磁性液体一阶磁浮力受磁场强度、磁场梯度,以及磁性液体的饱和磁化强度和磁化率影响.沿z轴方向随磁场强度和磁场梯度减弱,一阶磁浮力逐渐变小并趋于零,磁性液体悬浮能力变弱.MFP-1磁性液体的饱和磁化强度和磁化率大于MFP-2磁性液体,其一阶磁浮力较大;电流为3.00 A时,MFP-1磁性液体将玻璃、铝、黄铜、紫铜和铅球悬浮,并出现Rosensweig尖峰,而MFP-2磁性液体仅将玻璃、铝和黄铜球悬浮.沿r轴方向不同高度处磁场强度和磁场梯度变化规律不同,随高度增加,磁场梯度逐渐趋于零,此时一阶磁浮力主要受磁场强度影响,测试杯壁处一阶磁浮力最小,出现了非磁性测试球上升过程中向测试杯壁移动现象.     

基于伊辛模型的Fe0.5Mn0.1Al0.4 合金磁化强度和磁熵变蒙特卡洛模拟

基于伊辛模型的单自旋反转蒙特卡洛算法,考虑了粒子间的最近邻以及次近邻相互作用,研究了无序 合金的磁化强度和磁熵变。首先,强调了粒子间的次近邻相关作用对体系的磁性和热力学性质的影响,明确了次近邻相互作用系数,证实了低温合金阻挫的存在;其次,研究了在相变温度处(不同磁场下)磁化强度随外加磁场（温度）的变化情况以及磁性粒子对磁化强度的贡献,发现反铁磁性粒子Mn在低温区对 合金的相变起了主要作用,而高温区体系的相变是由铁磁性粒子Fe贡献的;最后,分析了体系在相变温度处磁熵变数值随外加磁场的变化情况以及磁熵变在不同的外磁场下随温度的变化情况,当外加磁场h=0.14时,Mn粒子在冻结温度处的平均磁化强度为零,体系处于最无序的状态,对应的磁熵变 达到了正向最大值,极值的位置对应于体系的相变温度。     

磁液变形镜的镜面动力学建模和实验验证

磁性液体是磁性纳米微粒分散在基液中形成的具有磁性又具有流动性的稳定胶体.磁性液体的流动性会随着周围磁场的变化而改变,基于磁性液体的变形镜的反射镜面通过液面下方驱动器阵列所产生的局部扰动磁场而变形.磁性液体变形镜与传统的变形镜相比,具有镜面连续平滑、变形行程大、制造成本低、易扩展等优点.本文以基于方形驱动器阵列的磁液变形镜为例,考虑磁性液体受重力场、电场、磁场多物理场耦合的作用,在笛卡尔坐标系中建立了磁液变形镜的动力学模型;然后基于推导出的理论模型,设计了磁液变形镜的结构和参数,并用MATLAB,COMSOL Multiphysics和Tracepro软件联合仿真了磁液变形镜镜面响应性能;最后搭建基于磁液变形镜原型样机的自适应光学系统,测试了磁液变形镜的镜面响应线性度和动力学特性,实验结果验证了所建模型的准确性和磁液变形镜面形控制性能.     

基于伊辛模型的Fe_(0.5)Mn_(0.1)Al_(0.4)合金磁化强度和磁熵变蒙特卡洛模拟

基于伊辛模型的单自旋反转蒙特卡洛算法,考虑了粒子间的最近邻以及次近邻相互作用,研究了无序Fe0.5Mn0.1Al0.4合金的磁化强度和磁熵变.首先,强调了粒子间的次近邻相关作用对体系的磁性和热力学性质的影响,明确了次近邻相互作用系数,证实了低温合金阻挫的存在;其次,研究了在相变温度处(不同磁场下)磁化强度随外加磁场(温度)的变化情况以及磁性粒子对磁化强度的贡献,发现反铁磁性粒子Mn在低温区对Fe0.5Mn0.1Al0.4合金的相变起了主要作用,而高温区体系的相变是由铁磁性粒子Fe贡献的;最后,分析了体系在相变温度处磁熵变数值随外加磁场的变化情况以及磁熵变在不同的外磁场下随温度的变化情况,当外加磁场H=0.14(a.u.)时,Mn粒子在冻结温度处的平均磁化强度为零,体系处于最无序的状态,对应的磁熵变ΔS(0.1,0.14)达到了正向最大值,极值的位置对应于体系的相变温度.     

磁流体结构的Lattice-Boltzmann方法模拟

本文运用Lattice-Boltzmann(LB)方法建立了宏观静止磁流体模型,提出磁性聚集体概念,充分考虑了磁性颗粒受到的各种内力与外力包括重力、布朗力、vanderWaals相互作用及静磁相互作用,对无外加磁场及外加竖直均匀磁场时磁流体的结构进行了模拟,并分析了磁能与热能之比对磁流体系统中粒子分布形态的影响。模拟结果表明:无外加磁场时磁流体结构易失去稳定性,外加均匀磁场时磁流体粒子沿外磁场方向排列,随着磁热能比例的增大,外磁场对粒子分布的影响逐渐明显。     

煤油基Fe_3O_4磁性液体薄层的光学特性研究

为研究煤油基Fe3O4磁性液体在磁场作用下的双折射效应和二向色性特性,根据振荡磁偶极子模型进行了理论分析和模拟计算,并设计了用于测试磁性液体光学特性的实验平台,测量了不同体积密度下的光学特性.通过理论分析和模拟计算发现,不同方向偏振光的折射系数和消光系数随磁场的变化相反,平行偏振光的折射系数和消光系数随外加磁场的增大而...     

基于磁性液体中光纤端面反射的磁场和电流传感

理论分析和数值模拟计算了不同温度和不同体积密度下磁件液体的折射系数和消光系数,以及浸没在磁性液体中光纤端面处的反射率,得到了体积密度和外加磁场强度对磁性液体的折射系数和消光系数的作用比较大,而温度对折射系数和消光系数的影响不大.实验制作了了光纤端面浸没在磁性液体中的传感元件,设计了测最光路系统,得到了反射率随外加磁场强度变化的情况,与理论分析结果相吻合.由理论和实验可知,磁性液体的消光系数小仅跟体积密度和温度有关,还与外加磁场强度有关,对光纤端面处的反射率有一定的影响.     

Fe掺杂La0．8Sr0．2Co1-xFexO3磁性的研究

利用溶胶-凝胶法制备了一系列的La0.8Sr0.2Co1-xFexO3样品.通过研究在不同外加磁场下磁化强度和温度变化的关系发现,在较高的外场下La0.8Sr0.2Co1-xFexO3样品的磁性反转现象没有被观察到;在低场下La0.8Sr0.2Co1-xFexO3系统磁性反转现象被实现.这说明Fe的掺杂引起了La0.8Sr0.2Co1-xFexO3样品中铁磁和反铁磁之间的竞争,导致了La0.8Sr0.2Co1-xFexO3样品磁性反转;同时外加磁场的强弱影响了La0.8Sr0.2Co1-xFexO3系统磁性反转现象的发生,外加磁场增大使得在La0.8Sr0.2Co1-xFexO3样品中Co离子的自旋平行趋势更强,在铁磁和反铁磁之间的竞争中铁磁耦合占主导优势,因此在较高的外场下磁性反转现象没有被观察到.     

CoFe2O4自形成磁性液体场致结构化对磁化的影响

因为磁性液体的磁性微粒有着很强的相互作用,Langevin顺磁理论不能很好描述磁性液体的磁化强度随外磁场的变化.研究认为影响磁化的主要因素是磁性液体内微粒整体的结构化,其结构的形成储存了部分磁化功,直接或间接地影响了磁化.在此基础上提出“压缩”模型,修正了描述磁性液体常用的Langevin函数,得出了与实验较好符合的曲线.所提出的一个压缩后等效体积分数与外磁场强度的关系式,近似地描述了磁性液体在磁场中磁化的过程.由修正式得出了近似初始磁化率随体积分数变化关系.     

涂覆聚甲基丙酸甲酯的磁性膜外磁场作用下的往复滑动摩擦行为研究

磁性材料被广泛应用于磁记录和磁润滑等领域,聚甲基丙烯酸甲酯因其良好的介电性,能够用作磁性材料的表面涂层.本文对外磁场作用下,外加载荷和磁场强度对往复滑动的聚甲基丙烯酸甲酯/磁性薄膜双膜系摩擦性能的影响开展了研究.实验结果表明:聚甲基丙烯酸甲酯/磁性双膜体系的摩擦性能随载荷和磁场强度改变而变化;但在干摩擦和硅油润滑两种模式下,磁场对其摩擦学性能的影响规律不同.理论分析了磁场作用下磁场诱发的磁性力与摩擦副物理性质变化对摩擦力和摩擦系数的影响,与实验结果符合良好.研究结果为磁性薄膜的界面介质设计与控制提供了依据.     

Sm1－xGdxA12低温下的磁性

分别测量了Sm1-xGdxAl2在低温下不同外加磁场时的电阻和磁化率.实验 结果表明，铁磁性物质Sm1-xGdxAl2在居里温度以下时，自旋磁矩和轨 道磁矩反平行有序排列，且对温度的依赖关系不同，导致在磁性抵消点出现自旋铁磁有序而 总磁矩为零的磁现象.并发现外加强磁场时自旋 轨道发生翻转. 关键词： Sm1-xGdxAl2 铁磁有序 自旋磁矩 轨道磁矩     

基于PVA/Fe_(3)O_(4)水凝胶的锥形光纤磁传感EI北大核心CSCD

为了研究磁性水凝胶的磁致折射率变化及其在磁致光传感领域的应用,通过共混法制备了聚乙烯醇/四氧化三铁(PVA/Fe_(3)O_(4))磁性水凝胶,并基于光纤端面反射法测试了该磁性水凝胶在不同外加磁场下的折射率变化,测得其磁致光折射率变化规律。在此基础上设计了磁性水凝胶锥形光纤传感结构。实验表明,在环境温度22℃,磁粒子浓度2.1%时,6.4~22.6 mT范围内基于磁性水凝胶的光纤磁场传感元件波长偏移灵敏度为86.42 pm/mT;磁粒子浓度2.9%时,5.5~30 mT范围内该传感元件波长偏移灵敏度为51.42 pm/mT。该类磁性水凝胶在光纤磁传感测量方面具有良好的应用价值。     

诱导磁场对Bi-Mn合金微观结构与磁性的影响

用x射线衍射和低温磁测量方法，系统研究了在外加诱导磁场下制备的Bi Mn合金的微观结构和磁性.结果表明，在外加诱导磁场下制备的Bi Mn wt6%合金呈现典型的双相结构和各向异性特征，MnBi相c轴沿外加诱导磁场方向取向排列.随外加诱导磁场的增大，剩余磁化强度Mr逐渐增大，这说明MnBi相的取向程度越来越好.发现MnBi相的自旋重取向温度TSR随外加诱导磁场的增大逐渐向高温区移动.对外加诱导磁场影响Bi Mn wt6%合金的微观结构和磁性以及该类材料磁各向异性能的物理机理进行了分析和讨论. 关键词： 磁场诱导 Bi Mn合金 MnBi相 定向排列     

通过磁光效应研究磁性液体在外场下的颗粒成链现象

在对磁性液体的磁光效应的理论分析与实验测量的基础上讨论了其在磁场下的各向异性现象.首先,通过电磁理论对成链的各向异性介质模型的介电张量形式进行了一般性的分析,然后,基于磁性液体的微观理论模型讨论了磁性液体在外加磁场下出现凝聚成链的行为.基于上面的结果,我们将实验可观测量——两种传输模式的折射率差和不同颗粒数的链(长度不同的链)的比例以及磁场强度建立联系.最后,在实验上探测了磁性液体薄膜的透射光偏振状态变化随外磁场的变化,并对测得的数据进行计算机拟合分析,验证了不同长度的链的数目之间的比例关系.     

拉脱法测液体表面张力系数中的动态演化过程

利用自制液体表面张力系数测定仪,在计算机上实时监测了表面张力系数测量中电压随时间的变化曲线,并且把电压变化曲线分为6个阶段进行了详细讨论.利用此仪器精确控制了液面的升降速度和液体的温度,进一步详细研究了液面的升降速度和液体温度对表面张力系数测量结果的影响.     

磁性液体磁悬浮原理演示实验研究

基于磁性液体的Bernoulli方程推导了磁性液体中非磁性物体所受的磁悬浮力,通过演示实验研究了2种磁性液体对不同密度非磁性物体的磁悬浮情况．磁性液体中非磁性物体所受的磁悬浮力受磁性液体的磁化率、磁场强度、磁场梯度的影响．相同条件下,随磁场强度和磁场梯度增强,M FP-1磁性液体分别在不同电流时将6种非磁性双锥体浮起,当电流达到3．00 A时,还出现了Rosensweig尖峰;MFP-2磁性液体的磁化率小于MFP-1磁性液体,仅浮起了聚氟乙烯、玻璃、铝双锥体．随着电流增大,中心磁场梯度较强,边缘磁场梯度较弱,出现非磁性双锥体向侧壁移动现象．