[发明专利]一种可视化复杂磁场的方法

说明书

本发明提供了一种可视化复杂磁场的方法，包括：将磁性单分散的颗粒分散于溶剂中，封装于PDMS器件内，得到检测器件；将所述检测器件置于待测磁场上，可根据器件呈现的颜色和图案判断磁场的方向和分布；所述磁性单分散的颗粒为表面包覆有SiO₂层的磁性纳米颗粒；所述磁性纳米颗粒的形状为棒状、椭球、球柱体或片；所述磁性材料为Fe₃O₄和Ni中的一种或几种。本发明通过在复杂磁场附近施加所制备的含有磁性纳米棒溶液的器件，通过颜色和图案从而肉眼直接判断出复杂磁场的方向和分布，该方法简便无毒、成本低、灵敏度高、分辨率高、可重复使用。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其是涉及一种可视化复杂磁场的方法。

背景技术

地磁场是生命进化的重要条件之一。在自然界中，鸟类、鱼类等动物具有探测地球磁场并将其用作定向、导航的能力。尽管磁场是看不见且不可触摸的，但人类一直没有停下探索、学习和使用磁场的脚步。直到公元前6世纪，人们才意识到磁性的存在。在接下来的几个世纪中，人们逐渐学习如何使用磁场，指南针的出现开启了航海时代，电磁发电技术推动了第二次工业革命。如今，磁性的应用已扩展到各个领域，例如信息、运输、医学、安全、能源、材料、生物学、地质学、海洋学和太空。但是可视化复杂磁场一直是一个难以解决的问题，关于检测磁场的研究一直没有停下。现对比现有检测技术：

1)传统检测方法：

可以利用指南针指示磁场的方向，利用磁力计来检测磁场的大小。但是对于复杂磁场，目前的检测方法依旧存在一些缺陷。显示磁力线分布的最常见方法是使用铁屑，但是在磁场的作用下，铁屑的聚集导致分辨率的降低。

2)利用磁响应型光子晶体检测：

磁响应型光子晶体可以响应外部磁场的刺激，可以将其应用于磁场检测这一领域。1)Zhou报道了利用聚丙烯酸封端的Fe₃O₄胶体纳米晶体簇(CNC)进行磁检测(ScientificReports,2015,5，17063)；2)Zhang报道了利用椭球型Fe₃O₄@SiO₂胶体纳米溶液可以检测低至4.5高斯的弱磁场(J.Mater.Chem.C,2018,6,5528)。

上述现有磁响应型光子晶体检测磁场技术的缺点：胶体纳米晶体团簇(CNC)尺寸不均一、易团聚，且该方法只能对磁场强度进行检测(Scientific Reports,2015,5，17063)；商业产品磁显卡只可以观察到黑白两色，无法观察到更细节的地方；且该磁显卡只能观察静止磁场并且无法重复使用。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种可视化复杂磁场的方法，本发明的方法可以检测复杂磁场的方向和角度，具有高的时空分辨率。

本发明提供了一种可视化复杂磁场的方法，包括：

将磁性单分散的颗粒分散于溶剂中，封装于PDMS器件内，得到检测器件；

将所述检测器件置于待测磁场上，可根据呈现的颜色和图案判断磁场的方向和分布；所述磁性单分散的颗粒为表面包覆有SiO₂层的磁性纳米颗粒；所述磁性纳米颗粒的形状为棒状、椭球、球柱体或片；所述磁性材料为Fe₃O₄和Ni中的一种或几种。

优选的，所述磁性单分散的颗粒为棒状Fe₃O₄@SiO₂或片状Ni@SiO₂。

优选的，所述磁性单分散的颗粒长轴尺寸为150～180nm，短轴尺寸为30～40nm。

优选的，所述SiO₂层的厚度为15～80nm。