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纳米磁流体的磁光性质及其在新型光学材料和器件上的应用研究

作　者: 张冬琛
导　师: 陈险峰
学　校: 上海交通大学
专　业: 光学
关键词: 纳米磁流体磁链光透射率温度传感器多孔氧化铝膜
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 163次
引　用: 1次
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内容摘要

纳米磁流体是一种具有磁性的纳米材料,它具有液体的流动性和光学性质可调谐的特点,是一种新型的光学功能材料。本论文主要研究纳米磁流体的相关磁光学性质,并探讨其在光子器件和材料上的应用。本文首先从纳米磁流体的发展历史、主要类型和研究进展等方面对纳米磁流体的背景知识做了综述。继而引出其主要的光学性质及其在各种光学器件上的应用。磁流体之所以拥有这些性质及应用的一个非常重要的原因是因为其在外加匀强磁场的作用下,其中的磁性颗粒四氧化三铁Fe3O4会产生团聚现象,从而生成周期性分布的磁链,这些磁链的方向与外加匀强磁场的方向平行,所以我们对磁性颗粒团簇形成磁链的现象进行了实验研究。此外,二向色性也是磁流体重要的磁光性质之一,对其研究表明,磁流体在外加磁场下对不同偏转态的光吸收率存在差异。基于上述性质,人们研究出了许多基于磁流体的光子学器件,由于磁流体的光学透射率对这些光子学器件的性能会产生很大的影响,所以研究不同情况下的磁流体光学透射率是很有意义的。我们就透射率随温度的变化进行了研究,实验发现,当外加磁场强度保持不变时,随着温度的升高,磁性颗粒的热运动效应增强,这样就抑制了磁链的形成。因此,光学透射率增加。通过理论分析,我们发现磁流体透射率随着其所处环境温度的变化呈e指数型变化。这个实验结果有助于我们设计一种基于纳米磁流体的温度传感器。通过对灵敏度的研究,发现该温度传感器较适合用于高温环境(例如高于60℃)。由于磁流体的吸收系数相对较大,当激光束照射到磁流体上时,它会吸收一部分激光能量,这对其本身的光学性质会有影响。为此我们研究了一种基于纳米磁流体和多孔氧化铝薄膜的新型纳米磁光材料的制备过程,并对其光透射和磁光性质进行了研究。与传统的磁流体相比,该材料具有更好的光透射性质。同时,我们发现了该材料的一个独特的磁光性质:负梯度磁线性二向色性,与传统磁流体的郎之万型有很大的区别。该现象可以用两种平均直径不同的磁畴间的反铁磁耦合现象来解释。我们认为基于该材料的这种特殊的磁光效应,对将来集成光器件的发展有着潜在的作用。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-8
目录  8-10
第一章绪论  10-31
  1.1 引言  10-11
  1.2 磁流体的发展历史  11-14
  1.3 磁流体的主要类型  14-15
  1.4 磁流体在光学上的应用  15-25
  1.5 本论文研究的意义  25
  1.6 本论文的主要研究内容和章节安排  25-26
  参考文献  26-31
第二章纳米磁流体的磁光性质的研究  31-48
  2.1 磁流体光学性质与应用的研究概况  31-36
  2.2 磁流体的光学性质  36-38
  2.3 磁流体磁性颗粒团簇现象的研究  38-40
  2.4 磁流体二向色性的研究  40-43
  2.5 本章小结  43
  参考文献  43-48
第三章基于纳米磁流体的温度传感器的研究  48-58
  3.1 外加磁场作用下磁流体的光学透射率随温度的变化  48-53
    3.1.1 背景介绍  48-49
    3.1.2 实验安排  49-50
    3.1.3 实验结果  50-52
    3.1.4 对实验结果的分析  52-53
  3.2 基于纳米磁流体的温度传感器的设计  53-55
  3.3 本章小结  55-56
  参考文献  56-58
第四章基于纳米磁流体和多孔氧化铝薄膜的新型纳米磁光材料的研究  58-73
  4.1 材料的制备的尝试及其光学性质的研究  58-65
    4.1.1 背景介绍  58-59
    4.1.2 材料的制备实验安排及结果  59-61
    4.1.3 材料的光学性质研究的实验结果  61-65
    4.1.4 对材料的光学性质研究的实验结果的分析  65
  4.2 材料制备方法的改进及结果对比  65-69
    4.2.1 材料制备方法的改进  66-68
    4.2.2 改进前后的结果的对比  68-69
  4.3 本章小结  69-70
  参考文献  70-73
第五章总结  73-75
致谢  75-76
攻读硕士学位期间发表的学术论文  76-78

纳米磁流体的磁光性质及其在新型光学材料和器件上的应用研究

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