【摘要】 创新采用棱镜稳定技术实现磁性流体高浓度磁椭偏测量，揭示0.1%-10%浓度梯度下磁光克尔效应与复折射率变化规律，突破传统透射法局限

磁性液体（铁磁流体）是由10纳米左右的磁铁矿纳米颗粒分散在载液（如煤油）中形成的胶体溶液。这些颗粒表面覆盖油酸等表面活性剂，保持溶液稳定性。随着生物医学、材料科学领域的发展，磁性流体的光学特性研究尤为重要。磁椭偏仪作为关键工具，可精准测量磁场下磁性流体的椭圆偏振效应，为纳米颗粒尺寸分析、相变研究和自组织结构探测提供数据支持。

 

磁光效应在磁性流体中的应用

磁性流体在电场或磁场中主要呈现两类光学响应：

1.​透射效应：包括磁致双折射和二向色性，用于分析纳米颗粒取向与聚集态

2.反射效应：磁光克尔效应（MOKE），适用于高浓度不透明样品的表面研究

传统透射法需将样品稀释至0.1%以下浓度，而磁椭偏技术突破此限制，可直接测量10-20%高浓度商业磁性流体，大幅提升实验效率。

 

实验方法与创新设计

本研究选用煤油基磁铁矿流体（浓度梯度：10%/1%/0.1%），通过动态光散射技术确认粒径分布（图1）：

图1磁性液体样本的粒度配分函数

 

为克服磁场引起的液面波动问题，创新采用60°玻璃棱镜覆盖样品管（图2）：

图2 椭圆偏振测量的方案与一个试管盖在三角形玻璃棱镜的形式

 

浓度对磁光特性的影响

通过Ellipse 1891光谱椭偏仪（350-1050nm波长）检测发现：

  • ​1%浓度样品：磁场显著改变复折射率实部（图3）

图3折射率浓度为1体积% 的样本的磁铁矿真实部分的光谱

 

  • ​0.1%浓度样品：磁光响应灵敏度提升30%（图4）

图4折射率浓度为0.1体积% 的样本的磁铁矿真实部分的光谱

 

技术优势与应用前景

磁椭偏法同步实现三大突破：

1.非接触测量高浓度磁性流体（达20%体积浓度）

2.精准量化磁场强度与椭圆偏振参数δψ(H)的非线性关系

3.区分超顺磁与非超顺磁颗粒的贡献

该方法在纳米药物载体开发、磁响应智能材料设计领域具有重要应用价值。

 

参考文献：1.Constantine V. Yerin, Victoria I. Vivchar, Ellipsometry of magnetic fluid in a magnetic field, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Volume 498, 2020, 166144, ISSN 0304-8853, https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2019.166144.

 

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