金纳米流体的电场可调光学性质

赵晟; 尹剑波; 赵晓鹏

doi:10.7498/aps.59.3302

摘要

利用多次还原法制备了不同粒径的金纳米颗粒，SEM和粒度分析表明其平均粒径分别为11 nm,35 nm和58 nm.进一步通过表面活性剂辅助的液相转移法制备出不同粒径的油基金纳米流体，测试了金纳米流体在电场作用下的光学性质.结果表明金纳米流体在电场作用下表现出明显的双折射现象，且随电场强度的变化双折射具有可调节性.金颗粒粒径和浓度对折射率有明显影响，在实验采用的浓度范围内，折射率随金颗粒浓度和粒径的增加而减小.最后，利用电流变液结构转变机理对金纳米流体的电致双折射进行了分析.

关键词:

纳米流体 /
双折射 /
电流变液

Abstract

Using a repeating deoxidization method, we prepared Au nanoparticles with different mean sizes of 11 nm, 35 nm and 58 nm. Then the Au nanoparticles were dispersed in mineral oil to form Au nanofluids by the surfactant-assisted phase transition technique. Under electric field, the optical properties of the Au nanofluids were measured. It was found that the Au nanofluids exhibit significant electric field-induced birefringence and the birefringence index can be adjusted by changing the external electric field strength. Furthermore, the birefringence index is influenced by the Au concentration and particle size. Within the suitable particle concentration range, the index decreases with the increase of Au concentration and particle size. Finally, we further discuss the electric field-induced birefringence phenomena of the Au nanofluids according to the structure transformation mechanism of electrorheological fluids under electric field.

Keywords:

作者及机构信息

1.
西北工业大学电流变技术研究所,西安 710129

基金项目: 国家自然科学基金（批准号：50602036）、西北工业大学基础研究计划（批准号：WO18101）资助的课题.

Authors and contacts

1.
西北工业大学电流变技术研究所,西安 710129

参考文献

[1]	［1］Block H, Kelly J P 1988 J. Phys. D: Appl. Phys. 21 1661
[2]	［2］Hao T 2001Adv. Mater. 13 1847
[3]	［3］Zhao X P, Yin J B, Tang H 2006 Smart Materials and Structures: New Research, Reece P L Ed, Nova Science Publishing, p1—66
[4]	［4］Zhao X P, Yin J B 2006 J. Ind. Eng. Chem. 12 184
[5]	［5］Zhou L W 1994 Int. J. Mod. Phys. B 8 2921
[6]	［6］Zhao X P, Fan J J 2001 Acta Phys. Sin. 50 1302 (in Chinese)［赵晓鹏、范吉军 2001 50 1302］
[7]	［7］Huang M, Zhao X P, Wang B X, Yin J B, Cao C N 2004 Acta Phys. Sin. 53 1895 (in Chinese)［黄敏、赵晓鹏、王宝祥、尹剑波、曹昌年 2004 53 1895］
[8]	［8］Zhao X P, Huang M, Tang H, Yin J B, Guo H L, Luo C R 2005 Phys. Lett. A 339 159
[9]	［9］Zhao X P, Zhang Q Y, Qu C Z 1999 Acta Photo. Sin. 12 1071 (in Chinese) ［赵晓鹏、张秋艳、渠长振 1999 光子学报 12 1071］
[10]	］Tang H, Luo C R, Zhao X P 2004 J. Phys. D: Appl. Phys. 37 2337
[11]	］Zhao X P, Zhao Q, Gao X M 2003 J. Appl. Phys. 93 4309
[12]	］Zhao Q, Zhao X P, Qu C Z, Xiang L Q 2004 Appl. Phys. Lett. 84 1985
[13]	］Choi U S 1995 ASME FED 231 99
[14]	］Xuan Y, Li Q 2000 J. Heat Fluid Flow 21 58
[15]	］Lu Q, Xiang L Q, Huang J X, Zhao X P 2008 J. Mater. Res. 22 500 (in Chinese) ［卢倩、向礼琴、黄景兴、赵晓鹏 2008 材料研究学报 22 500］
[16]	］Chassagne C, Bedeaux D, Kopper G J M 2006 J. Colloid Interf. Sci. 295 528
[17]	］Xie H Q, Xi T G, Wang J C 2003 Acta Phys. Sin. 52 1444 (in Chinese) ［谢华清、奚同庚、王锦昌 2003 52 1444］
[18]	］Zheng J J, Sun G 2005 Acta Phys. Sin. 54 5210 (in Chinese) ［郑俊娟、孙刚 2005 54 5210］
[19]	］Dong L J, Jiang H T, Yang C Q, Shi Y L 2007 Acta Phys. Sin. 56 4657 (in Chinese)［董丽娟、江海涛、杨成全、石云龙 2007 56 4657］
[20]	］Yaroslav A U, Gennady S, Jonathar F 2007 Opt. Exp. 15 14129
[21]	］Bigall N C, Hartling T, Klose M Simon P, Eng L M, Eychmuller A 2008 Nano Lett. 8 4588
[22]	］Averitt R D 1999 J. Opti. Soci. Am. B 16 1824
[23]	］Liu X F, Jiang C Z, Ren F,Fu Q 2005 Acta Phys. Sin.54 4633 (in Chinese)［刘向绯、蒋昌忠、任峰、付强 2005 54 4633］
[24]	］Johnson P B, Christy R W 1972 Phys. Rev. B 6 4370
[25]	］Wen W J, Men S Q, Lu K Q 1997 Phys. Rev. E 55 3015
[26]	］Brandt P C, Ivlev A V, Morfill G E 2009 J. Chem. Phys. 130 204513
[27]	］van der Zande B M I, Koper G J M, Lekkerkerker H N W 1999 J. Phys. Chem. B 103 5754
[28]	］Zhang X J, Zhao J L, Hou J P 2007 Acta Phys. Sin. 56 4668 (in Chinese)［张晓娟、赵建林、侯建平 2007 56 4668］
[29]	］Liu N, Guo H C, Fu L W, Kaiser S, Schweizer H, Giessen H 2007 Adv. Mater. 19 3628
[30]	］Mulvaney P 1996 Langmuir 12 788
[31]	］Gao X Y, Xing G M, Chu W G 2008 Adv. Mater. 20 1794

施引文献

[1]	［1］Block H, Kelly J P 1988 J. Phys. D: Appl. Phys. 21 1661
[2]	［2］Hao T 2001Adv. Mater. 13 1847
[3]	［3］Zhao X P, Yin J B, Tang H 2006 Smart Materials and Structures: New Research, Reece P L Ed, Nova Science Publishing, p1—66
[4]	［4］Zhao X P, Yin J B 2006 J. Ind. Eng. Chem. 12 184
[5]	［5］Zhou L W 1994 Int. J. Mod. Phys. B 8 2921
[6]	［6］Zhao X P, Fan J J 2001 Acta Phys. Sin. 50 1302 (in Chinese)［赵晓鹏、范吉军 2001 50 1302］
[7]	［7］Huang M, Zhao X P, Wang B X, Yin J B, Cao C N 2004 Acta Phys. Sin. 53 1895 (in Chinese)［黄敏、赵晓鹏、王宝祥、尹剑波、曹昌年 2004 53 1895］
[8]	［8］Zhao X P, Huang M, Tang H, Yin J B, Guo H L, Luo C R 2005 Phys. Lett. A 339 159
[9]	［9］Zhao X P, Zhang Q Y, Qu C Z 1999 Acta Photo. Sin. 12 1071 (in Chinese) ［赵晓鹏、张秋艳、渠长振 1999 光子学报 12 1071］
[10]	］Tang H, Luo C R, Zhao X P 2004 J. Phys. D: Appl. Phys. 37 2337
[11]	］Zhao X P, Zhao Q, Gao X M 2003 J. Appl. Phys. 93 4309
[12]	］Zhao Q, Zhao X P, Qu C Z, Xiang L Q 2004 Appl. Phys. Lett. 84 1985
[13]	］Choi U S 1995 ASME FED 231 99
[14]	］Xuan Y, Li Q 2000 J. Heat Fluid Flow 21 58
[15]	］Lu Q, Xiang L Q, Huang J X, Zhao X P 2008 J. Mater. Res. 22 500 (in Chinese) ［卢倩、向礼琴、黄景兴、赵晓鹏 2008 材料研究学报 22 500］
[16]	］Chassagne C, Bedeaux D, Kopper G J M 2006 J. Colloid Interf. Sci. 295 528
[17]	］Xie H Q, Xi T G, Wang J C 2003 Acta Phys. Sin. 52 1444 (in Chinese) ［谢华清、奚同庚、王锦昌 2003 52 1444］
[18]	］Zheng J J, Sun G 2005 Acta Phys. Sin. 54 5210 (in Chinese) ［郑俊娟、孙刚 2005 54 5210］
[19]	］Dong L J, Jiang H T, Yang C Q, Shi Y L 2007 Acta Phys. Sin. 56 4657 (in Chinese)［董丽娟、江海涛、杨成全、石云龙 2007 56 4657］
[20]	］Yaroslav A U, Gennady S, Jonathar F 2007 Opt. Exp. 15 14129
[21]	］Bigall N C, Hartling T, Klose M Simon P, Eng L M, Eychmuller A 2008 Nano Lett. 8 4588
[22]	］Averitt R D 1999 J. Opti. Soci. Am. B 16 1824
[23]	］Liu X F, Jiang C Z, Ren F,Fu Q 2005 Acta Phys. Sin.54 4633 (in Chinese)［刘向绯、蒋昌忠、任峰、付强 2005 54 4633］
[24]	］Johnson P B, Christy R W 1972 Phys. Rev. B 6 4370
[25]	］Wen W J, Men S Q, Lu K Q 1997 Phys. Rev. E 55 3015
[26]	］Brandt P C, Ivlev A V, Morfill G E 2009 J. Chem. Phys. 130 204513
[27]	］van der Zande B M I, Koper G J M, Lekkerkerker H N W 1999 J. Phys. Chem. B 103 5754
[28]	］Zhang X J, Zhao J L, Hou J P 2007 Acta Phys. Sin. 56 4668 (in Chinese)［张晓娟、赵建林、侯建平 2007 56 4668］
[29]	］Liu N, Guo H C, Fu L W, Kaiser S, Schweizer H, Giessen H 2007 Adv. Mater. 19 3628
[30]	］Mulvaney P 1996 Langmuir 12 788
[31]	］Gao X Y, Xing G M, Chu W G 2008 Adv. Mater. 20 1794

[1]	隋鹏翔. 颗粒尺寸对纳米流体自然对流模式影响的格子Boltzmann方法模拟研究. , 2024, 73(23): 1-13. doi: 10.7498/aps.73.20241332
[2]	刘哲, 王雷磊, 时朋朋, 崔海航. 纳米流体液滴内的光驱流动实验及其解析解. , 2020, 69(6): 064701. doi: 10.7498/aps.69.20191508
[3]	张贝豪, 郑林. 倾斜多孔介质方腔内纳米流体自然对流的格子Boltzmann方法模拟. , 2020, 69(16): 164401. doi: 10.7498/aps.69.20200308
[4]	张智奇, 钱胜, 王瑞金, 朱泽飞. 纳米颗粒聚集形态对纳米流体导热系数的影响. , 2019, 68(5): 054401. doi: 10.7498/aps.68.20181740
[5]	何昱辰, 刘向军. 基于基液连续假设的大体系Cu-H2O纳米流体输运特性的模拟研究. , 2015, 64(19): 196601. doi: 10.7498/aps.64.196601
[6]	王德, 沈容, 刘灿灿, 韦世强, 陆坤权. 纳米TiO2颗粒对电流变悬浮液中硅油的挥发增强效应. , 2015, 64(15): 154704. doi: 10.7498/aps.64.154704
[7]	郭亚丽, 徐鹤函, 沈胜强, 魏兰. 利用格子Boltzmann方法模拟矩形腔内纳米流体Raleigh-Benard对流. , 2013, 62(14): 144704. doi: 10.7498/aps.62.144704
[8]	王学昭, 沈容, 路阳, 纪爱玲, 孙刚, 陆坤权, 崔平. 极性分子型电流变液导电机理研究. , 2010, 59(10): 7144-7148. doi: 10.7498/aps.59.7144
[9]	罗春荣, 王连胜, 郭继权, 黄勇, 赵晓鹏. 电流变液调控的连通树枝状结构左手材料. , 2009, 58(5): 3214-3219. doi: 10.7498/aps.58.3214
[10]	张敏梁, 田煜, 蒋继乐, 孟永钢, 温诗铸. 极板形貌修饰对电流变液/极板界面滑移抑制实验研究. , 2009, 58(12): 8394-8399. doi: 10.7498/aps.58.8394
[11]	王连胜, 罗春荣, 黄勇, 赵晓鹏. 基于电流变液的可调谐负磁导率材料. , 2008, 57(6): 3571-3577. doi: 10.7498/aps.57.3571
[12]	黄敏, 赵晓鹏, 王宝祥, 尹剑波, 曹昌年. 电流变液微波反射可调控性. , 2004, 53(6): 1895-1899. doi: 10.7498/aps.53.1895
[13]	欧阳成. 电流变液系统流动的渐近估计. , 2004, 53(6): 1900-1902. doi: 10.7498/aps.53.1900
[14]	赵晓鹏, 高秀敏, 高向阳, 郜丹军. 固液双相电流变系统流动过程的相转变特性. , 2003, 52(2): 405-410. doi: 10.7498/aps.52.405
[15]	谢华清, 奚同庚, 王锦昌. 纳米流体介质导热机理初探. , 2003, 52(6): 1444-1449. doi: 10.7498/aps.52.1444
[16]	赵晓鹏, 高秀敏, 郜丹军, 钟鸿飞. 颗粒质量导致的电流变液结构演化特征. , 2002, 51(5): 1075-1080. doi: 10.7498/aps.51.1075
[17]	赵晓鹏, 郜丹军. 考虑多颗粒近程相互作用的电流变液泊肃叶流动行为. , 2001, 50(6): 1115-1120. doi: 10.7498/aps.50.1115
[18]	赵晓鹏, 范吉军, 高秀敏, 曹昌年. 电流变液的微波透射调控行为. , 2001, 50(7): 1302-1307. doi: 10.7498/aps.50.1302
[19]	刘立伟, 王作维, 周鲁卫, 王治金, 高广君, 刘晓军. 微晶纤维素电流变液在挤压流中的粘弹性. , 2000, 49(9): 1886-1891. doi: 10.7498/aps.49.1886
[20]	许素娟, 门守强, 王彪, 陆坤权. TiO2包覆石墨颗粒/硅油电流变液的研究. , 2000, 49(11): 2176-2179. doi: 10.7498/aps.49.2176

计量

文章访问数: 8984
PDF下载量: 1032
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板