磁致炫光研究

鄧宇

摘要：點光源發出的光，通過各種光學元件的時候，除了正常成像以外，還有可能產生各種雜散光，形成光斑或者光圈等圖像的現象，稱為炫光。影響炫光形成的原因比較多，比如觀察方向是否正對光源，透鏡表面是否鍍膜減少反射，透光孔徑是否過小，各光學元件光軸是否同軸等。通常的處理方法都是為了減少炫光，提高成像質量，只有少數藝術攝影采取形成眩光的狀態拍攝。而我們這次研究的主要內容是，磁場對炫光狀態的影響和如何加強炫光的效果，用于動態觀測磁場。

關鍵詞：磁流體;磁致炫光;磁力線

【中圖分類號】TQ138.1

【文獻標識碼】A

【文章編號】2236-1879（2018）13-0002-01

【正文】對于磁場的觀察，一般是采用鐵粉在磁場中的分布來顯現的，只能粗略觀察到磁場的分布和強弱，無法精確測量。為了達到動態觀察和測量磁場的目的，將鐵粉更改為微粒更精細的磁流體液體，使用兩片玻璃上下夾持，并用點光源從下方照射，在玻璃上放置產生強磁場的樣品，如果有明顯的炫光光圈兒出現，就可模擬顯示磁力線的分布。實際操作時現象并不明顯，沒有達到預想的效果，因此有必要針對磁致炫光效應進行系統的研究，才能達到最初設想的實驗目的。

首先研究一下磁流體的結構、特性和制備方法，然后根據實驗目的的需要，制備相應特性的磁流體。磁流體是一種新型的功能材料，它既具有液體的流動性又具有固體磁性材料的磁性，在重力和磁力作用下能夠保持穩定，不會出現沉淀或分層現象。其主要成分是由直徑為納米量級（10納米以下）的磁性固體顆粒、基載液以及界面活性劑三者混合而成的一種穩定的膠狀液體。該流體在外加磁場作用時呈現出許多特殊的磁、光、電現象。與其他液體相比，磁流體具有以下特點：

（1）在外加磁場下，有懸浮在載體中的能力。

（2）既具有液體的流動性，又具有固體磁性材料的特性，有感應磁通的能力。

（3）超聲波在磁流體中傳播時，其速度以及衰減與外磁場有關，并顯示各向異性。它的介電常數也是各向異性的。

（4）光通過稀釋的磁流體，或磁流體的薄層時，會產生光的雙折射現象。當磁化時，使相對于磁場方向具有光的各向異性，具有產生炫光的趨勢，在這里我們首次將其定義為磁致炫光效應。

（5）在垂直磁場的作用下，會自發地形成穩定的波峰。

（6）磁流體在外加磁場的作用中，將流向并固定在磁場強度高的一方。

通常磁流體成分中磁性固體顆粒采用的有Fe304、Fe203、Ni、Co等，以水、有機溶劑、油等作為基液，以油酸等作為活性劑防止團聚。磁流體制備方法主要有研磨法，解膠法，熱分解法，放電法等。

關于磁流體的理論很難像普通流體力學理論那樣得到充分的驗證。磁流體在磁場的作用下形成豐富的微觀結構，這些微觀結構對光產生不同的影響，能在很大的程度上改變光的透射率和折射率，產生大的法拉第旋轉、磁二向色散性、克爾效應、磁致炫光效應等。那么，磁致炫光的效應產生的微觀機制是怎樣的呢？通過實驗觀察發現，當磁流體薄層受到磁場的作用會改變自身形狀為網狀突起，從而形成透鏡矩陣，產生炫光，隨著磁場強弱變化的方向，能透光的網眼大小也依次改變，從而改變點光源的透射率形成一條曲線條紋，若采用環狀點陣LED光源，則顯現與磁力線分布類似的曲線圖，通過測量某個局部區域的磁力線的線密度，可以定量測定磁感強度的大小。

正是因為磁流體具有以上各項優點和諸多不確定特性，我們才決定選用這種材料，通過大量試驗性研究發現，不同材料制成的磁流體，擁有不同的特性，即使是同種材料制成的磁流體，溶于不同種基液中，其體現出的特性也是不一樣的。

為了加強炫光出現的效果，磁流體粉末的制備原材料采用鐵氧體，制備方法采用研磨法，基液采用分子極小，透光率較高的精密鐘表油，并加入有機溶劑稀釋，儀器配套使用的各項器材可以做如下優化：玻璃板下層為超薄玻璃，上層為有機玻璃，光源采用改制的環形LED點陣光源，并為其配備可調直流電源用于調整合適的光強，光源與玻璃屏間距需要通過升降裝置可調，達到最佳效果。至此動態磁場觀測儀成功研制出來，其測量和計算磁場的方法實例如下：

1定標測量：采用磁感強度已知的標準樣品放在測量區域測出磁力線的線密度。

2未知磁場測量：在同一區域更換已知樣品為未知待測樣品，測出待測樣品周圍磁力線的線密度的最大值。

3計算：由于磁感強度和磁力線線密度成正比，因此

4對同一樣品重復測量六次，計算不確定度，并得到最終測量

結果：

動態磁場觀測儀的成功研制，標志著我們對磁致炫光效應的研究取得了階段性的勝利，開辟了磁流體在教學科研和演示測量儀器方面的新用途，發揚了當前時代國家大力倡導的科技強國的精神。

參考文獻

[1]《物理演示實驗教程》路峻嶺;北京;清華大學出版社;2005.7;ISBN7-302-11094-8磁力線投影p134

[2]《工程物理學》諸葛向彬;杭州;浙江大學出版社;1999.8;IS-BN7-308-02120-3物質中的磁場p306

[3]《近代光學測試技術》楊國光;杭州;浙江大學出版社，1997.9;ISBN7-308-01951-9散斑技術p210