PDMS-磁性纳米粒子复合光学薄膜的制备与表征
磁流变弹性体是磁流变材料的一个新的分支，是磁流变液的固体状态，它由高分子聚合物和磁性颗粒组成。磁流变弹性体的机械性能和电学性能可以由外加磁场来控制。目前，宏观的磁流变弹性体性能和应用被广泛地研究，而对微观的磁流变弹性体的研究是有限的，尤其是微观尺度磁流变弹性薄膜的光学性质。本文主要研究PDMS-纳米粒子复合光学薄膜的制备与表征。 首先，基于磁流变弹性体的结构引入加磁场制备磁流变弹性体的偶极子物理模型和耦合场物理模型，并且推导出在磁场的作用下磁流变弹性体的磁致剪切模量的计算公式。介绍了磁流变弹性体的表征方法，模量变化、磁致伸缩和电学性能等。 然后，在分别存在和不存在外磁场的情况下，通过微细加工平台制造四氧化三铁纳米粒子重量分数1 wt％到13 wt%的各向同性和各向异性PDMS-Fe3O4复合光学薄膜。在相同的四氧化三铁重量分数的情况下，薄膜的紫外可见光的透过率表明了各向异性薄膜的透过率高于各向同性的透过率。此外，薄膜的透过率可以通过施加外部磁场进行调整，这主要是由于磁致伸缩效应改变四氧化三铁粒子间的距离。我们推测薄膜中的纳米粒子沿着磁场方向收缩导致更小的颗粒间距和更强的光的散射，致使薄膜的光学透过率降低。在四氧化三铁重量分数为10 wt%的各向异性薄膜中，施加磁感应强度为800 Gs的磁场使得薄膜在波长为600 nm时的透过率减少了8.61%。利用数字图像处理技术定量地分析了在施加磁场前后，四氧化三铁重量分数为5 wt%的薄膜中铁磁性粒子的应变变化。各向同性和各向异性PDMS-Fe3O4复合光学薄膜中的四氧化三铁粒子沿着磁场方向的应变变化分别为-0.0125%和-0.0192%。 其次，利用旋凃方法制备纳米镍的重量分数1 wt%到20 wt%的各向同性与各向异性PDMS-Ni复合光学薄膜。利用光学显微镜表征薄膜的微观形貌，并研究薄膜的微结构和外磁场对 PDMS-Ni复合光学薄膜透过率的影响。外磁场使得PDMS-Ni复合光学薄膜的光学透过率增大。 最后，介绍椭圆偏振法测试薄膜的光学参数的基本原理。在椭圆偏振测量中，介绍了如何建立适当的光学薄膜的模型，然后建立PDMS-磁性纳米粒子复合光学薄膜的结构模型和色散模型，并且介绍了椭圆偏振测量的流程。柯西模型是有效地测量和拟合PDMS-磁性纳米粒子复合光学膜的光学参数的合适模型。
磁流变弹性体;磁性纳米粒子;复合光学薄膜;耦合场物理模型
电子科技大学
硕士
机械电子工程
张遒姝
2015
中文
TB383;TB332
74
2015-12-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）