[发明专利]一种磁流体的制备方法及磁流体光开关的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁流体的制备方法，本发明还涉及磁流体光开关的应用。

背景技术

本发明涉及磁流体的制备，以及基于磁流体的简易光学开关的制作。特别是通过调整参数以缩短光开关的开关时间。

自从上世纪六十年代磁流体被合成以来，磁流体因其同时具有磁响应性和液体的双重性质，已经被广泛运用到许多领域中，如磁流体密封，润滑剂，冷却剂，核磁共振的造影剂等等。

研究发现对磁流体薄膜施加外磁场时，薄膜内的磁性颗粒会沿着磁场方向定向排列成一维链状结构，而这些规则排列的磁性颗粒可以通过控制磁场的大小以及方向而实施控制。当一束光分别打在施加磁场前后的磁流体薄膜上的时候，磁流体薄膜的折射率会发生显著变化，从而使透射光和折射光的强度发生改变，利用磁流体的这个特点，我们设想可以设计一种基于磁流体的简易光学开关，这种开关可以通过对磁场的控制实现对光的控制。

《APPLIED PHYSICS LETTERS》(2004年，第85卷，5592页)报道了一种基于磁流体的光开关，文献中设计的开关通过调节外磁场改变磁流体的折射率从而使通过磁流体薄膜的透射光强和折射光强改变，起到调节光路的作用。不过文献中的开关时间需较长时间(需要2-3s)这样的开关时间就限制了这一类光开关在实际中的应用。

本发明中，我们设计了一种基于煤油基磁流体的光学开关，通过设计光路，我们使得通过开关的光强从零开始增加，并通过调节磁流体的浓度和外磁场的强度以减少光开关的开关时间，使得开关时间在0.05s左右，从而拓展了这一类开关在实际中的应用。

发明中我们利用偏振片先将光路消光，使光电接收器端的光强为零，然后在磁流体薄膜附近施加磁场，发现随着磁场的变化，光强从开始随磁场变化。这就是简易的磁流体薄膜的光学开关的原理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种简易的磁流体的制备方法。

本发明所要解决的又一个技术问题是提供一种磁流体光开关的应用。应用于光学开关装置，这种装置基于磁流体在外磁场下对入射光的双折射效应，通过调节光路使光强从零开始变化，并选用发明中制备的煤油基磁流体，因其较小的粘滞系数和较好的磁响应性，极大的缩减了光开关的开关时间。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种磁流体的制备方法，其特征在于采用如下步骤：

①配置成A溶液，A溶液为摩尔浓度为5～10mol/L的NaOH溶液；

②配置成B溶液，B溶液为0.1～0.2mol/L的FeSO₄.7H₂O和0.2～0.4mol/L的FeCl₃.6H₂O的蒸馏水混合溶液；

③搅拌的同时将A溶液加入到B溶液中，滴加的过程中温度保持在60～90℃，进行沉淀，A溶液和B溶液体积比为5∶5～5∶7；

④沉淀后，将油酸加入到B溶液中，在这个过程中温度保持在60～90℃，进行包覆，其中油酸和B溶液体积比为1∶11～1∶14；

⑤将包覆后的物质在60～80℃下真空干燥6～10小时，干燥后与煤油混合得到的磁流体，该磁流体体积浓度为0.8％～3％。

磁流体光开关的应用，其特征在于包括磁场及位于该磁场中的磁流体。作为优选有如下几种：

所述的磁流体体积浓度为0.8％时，所述的磁场强度大于等于0.12T。

所述的磁流体体积浓度为3％时，所述的磁场强度为0.015T。

所述的磁流体体积浓度为0.8％时，所述的磁场强度为0.8T。

所述的磁流体体积浓度为3％时，所述的磁场强度为0.8T。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明是利用煤油基磁流体的双折射效应来起到开关效应，利用双折射效应我们使光强从零开始增加，使我们的开关消光比和可靠性都非常高，经过多次实验，我们调节适当的参数也得到了较为理想的开关时间。

附图说明

图1是合成的四氧化三铁纳米颗粒的XRD图。

图2是合成的四氧化三铁纳米颗粒的SEM图。

图3是磁流体薄膜的示意图。

图4光学测试装置。

图5是不同浓度的磁流体的相对透射光强随外磁场的变化。

图6磁流体浓度为0.8vol％的光学开关在0.08T的磁场下的相对透射光强随磁场的变化。

图7磁流体浓度为3vol％的光学开关在0.08T的磁场下的相对透射光强随磁场的变化。

图8磁流体浓度为3vol％的光学开关在0.008T的磁场下的相对透射光强随磁场的变化。