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《西北工业大学》 2002年
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电场诱导的复杂液体旋光行为及可调节特征

赵乾  
【摘要】: 复杂流体(Complex fluids)通常是由几种不同成份的物质混合在一起而形成的复合体系。该体系有时会显示其组分的物理特性,但大多数情况下,由于不同成分间的相互作用使复杂流体呈现出多种特别的结构形式(如自组装、分形和某些长程有序等),显示出奇特的光学和流变学特性。外场(电场、磁场、温度场、剪切场等)作用下,复杂流体动态响应相当复杂,呈现出一些新的响应行为和现象。电流变液(Electrorheological Fluids)是一种智能流体,通常是由高介电常数的微米量级颗粒分散于低介电常数的绝缘油中而形成的悬浮液。在外加电场作用下,其粘度增大,可由液态转变为类固态,且该过程是瞬态的、可逆的、可调控的。微乳液作为一种复杂流体是由水、油、表面活性剂及助表面活性剂按适当的比例混合,自发形成外观透明或半透明的热力学稳定体系。外电场作用下,微乳液分散液滴极化变形,内部结构发生变化,从而表现出独特的光学特性。 本论文由实验和理论上系统的研究了电流变液和微乳液两种复杂流体在外电场作用下的旋光效应。建立了电场诱导电流变液旋光的唯象物理模型,并应用WZZ-2A型自动旋光仪对不同材料的电流变液和微乳液的旋光效应进行了测量。取得了以下研究结果: 1.建立了电流变液在外电场作用下产生旋光效应的理论模型。考虑了电场作用下各向异性电流变液对入射线偏振光矢量不同振动方向的衰减不同而引起的旋光效应(电致旋光效应)。衰减主要包括光在界面处的反射及电流变液中的吸收两部分。根据光波在介质中的传播理论,分别由菲涅耳反射公式和麦克斯韦方程出发,通过一定的近似和假设,得出光在电流变液界面处发生反射和在电流变液中吸收而引起的衰减的表达式。进而导出了非均相结构电流变液在外电场与光场交互作用下旋光角ψ与θ(入射线偏振光振动方向与外加电场方向间夹角)及参数ζ(为外加电场E、分散颗粒介电常数ε′、体积分数φ、绝缘油介电常数ε″、位置矢量(?)等量的函数)的 西北工业大学应用物理系硕士学位论文 摘要 理论表达式。并模拟出心取不同值时毋随0变化的关系曲线。得到了与实 验相符的结论。 2.利用WZZ一ZA自动旋光仪对不同电场作用下,不同浓度固体分散颗粒 (5102、季戊四醇、BaTIO3、TIOZ、PMMA)电流变液的旋光效应进行了测量。 实验发现:在同一电场作用下,电致旋光效应随浓度增大而增大:对同一 浓度,旋光角随电场增加而增加:在浓度和电场相同条件下,旋光效应还 随0增大先增加后减小;固体分散颗粒电流变液的电致旋光效应均为负值, 即固体分散颗粒(pm量级)电流变液在电场作用下为左旋物质。 3.研究了油包水型反相微乳液(水/SPan80/变压器油)在外电场作用下的旋光 行为,利用WZZ一ZA型自动旋光仪测量了不同浓度微乳液样品在外电场作 用下的旋光效应。实验发现:无外电场作用时,微乳液没有旋光效应;当 EO且浓度C和0均不为零时,出现旋光效应且旋光角大小随电场增加而 增加;存在一个饱和电场值Es,当大于Es时,旋光角平趋于一定值。浓度 C=0时,没有旋光效应;浓度‘O且E和O均不为零时,举随浓度C先 增大后减小,存在一个浓度最佳值co,此时有最大的电致旋光效应。对于 某一浓度的微乳液,在外电场的作用下,旋光角平随0变化且先增大后减 小。实验测得微乳液的电致旋光效应为正,即外电场作用下,微乳液样品 为右旋物质。微乳液的电致旋光效应可能是由于电场导致液滴空间对称性 破缺形成各向异性所致。
【学位授予单位】:西北工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:O361

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【参考文献】
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