Оптические и электрические свойства слоя наночастиц магнитной жидкости в электрическом поле

В.В. Чеканов, Е.А. Бондаренко, Е.В. Галка

Ставропольский кооперативный институт БУПК.

Ставропольский государственный университет.

В настоящей работе представлены результаты экспериментального исследования электрооптических свойств слоя наночастиц образующегося в электрофоретической ячейке с магнитной жидкостью при включении электрического поля. Электрофоретическая ячейка выполнена из 2 стекол с напыленной на поверхности тонкой проводящей пленкой SnO₂, выполняющей роль электродов, и магнитной жидкости с концентрацией 3,6 % находящейся между ними. Конструкция ячейки позволяла менять расстояние между электродами в пределах от 0 до 410^-3м. При подаче напряжения через ячейку протекал ток.

Экспериментальная установка включала в себя монохроматор, электрофоретическую ячейку, фотоэлектронный умножитель (ФЭУ-27), источник питания постоянного тока Б5-48, вольтметр В7-35.

Монохроматический луч света, с заданной длинной волны, падая на электрофоретическую ячейку, отражался от неё и фиксировался фотоэлектронным умножителем ФЭУ-27. Для пространственного разделения лучей, отраженных от границ пленки SnO₂ и верхней границы стекла, а также для осуществления более эффективной регистрации оптического отклика использовалась прямоугольная призма. Оптический контакт призмы со стеклом достигался с помощью нанесения тонкого слоя иммерсионного масла между поверхностью ячейки и призмы.

Эксперимент проводился в три этапа. На первом этапе исследовалась зависимость интенсивности отраженного света от напряжения, подаваемого на ячейку при длине монохроматической волны А = 580 нм, 440 нм, 400 нм. Выбор длин волн, перечисленных выше объясняется тем, что при отключенном электрическом поле максимум интенсивности оптического сигнала наблюдается при длине падающей волны А = 580 нм, минимум при А = 400 нм, длине волны А = 440 нм соответствует точка перегиба. Т.е. были выбраны точки, в которых первая и вторая производная обращается в ноль. Расстояние между электродами ячейки равнялось 100 мкм. При подаче напряжения, в приэлектродной области электрофоретической ячейки образуется слой наночастиц магнитной жидкости, что приводит к изменению оптического отклика. Величина напряжения подаваемого на электроды ячейки соответствовало интервалу от 0 до 10 В. Напряжение увеличивали через одну минуту на 0,5 В. Выбранный промежуток времени необходим для стабилизации оптического отклика. Оптический отклик фиксировался перед каждым увеличением напряжения. По достижении напряжения на ячейке 10 В не удавалось получить стабильный оптический отклик, поэтому эксперимент прекращался.

На втором этапе исследовалась зависимость интенсивности отраженного света от напряжения подаваемого на ячейку при изменении расстояния между электродами от 510^-4м до 410^-3м с шагом 510^-4м для длины падающей световой волны l = 580 нм. Интервал напряжений и временные интервалы необходимые для регистрации оптического отклика были аналогичны тем, что использовались в серии экспериментов проводимых на первом этапе.

На третьем этапе проводилась сравнительная оценка оптических откликов при изменении полярности подаваемого на отражающий электрод напряжения. Полярность изменялась при помощи ключа. Расстояние между электродами было максимальным и соответствовало 410^-3м. Напряжение, подаваемое на ячейку принадлежало интервалу от 0,4 В, что соответствовало напряжению при котором начиналось изменение оптического отклика, до

1.4 В с шагом 0,1 В. Данного интервала напряжений оказалось достаточно для установления полученной зависимости. Оптический отклик регистрировался также как и на предыдущих этапах через 1 минуту.

По данным полученным, при условиях эксперимента изложенных выше, были построены графики зависимости интенсивности сигнала от напряжения подаваемого на электроды ячейки. По горизонтальной оси откладывалось напряжение, подаваемое на электроды, на вертикальной оси интенсивность отраженного света. Полученные зависимости имеют волновую картину. При длине монохроматической волны l = 580 нм наблюдался максимум интенсивности оптического отклика при 0 В и при 7.5 В, а минимум при 3,5 В. При изменении длины волны падающего света с А = 580 нм до А = 400 нм происходит уменьшение интенсивности отраженного света I и смещение максимумов и минимумов в сторону меньших напряжений. Так при длине монохроматической волны А = 440 нм максимум интенсивности оптического отклика наблюдался при 4 В, минимум при 1,5 В и 8 В, а при А = 400нм максимум соответствует напряжению 3 В, минимум 1 и 5,5 В.

Анализ данных полученных на третьем этапе показал, что отраженный сигнал, зарегистрированный от электрода который имел отрицательный потенциал в ходе эксперимента отличается от сигнала полученного от электрода который имел положительный потенциал примерно в 1,4 раза. С увеличением напряжения подаваемого на электроды ячейки отношение значений интенсивности отраженного от электродов сигнала увеличивается.

Систематическая ошибка измерения 8 составила 3-5 %. Случайная ошибка измерений не превышала 7,25 %. Общая ошибка измерений не превысила 10 %.