[发明专利]荧光碳量子点辅助的磁流体动态特征图像观测方法和装置

说明书

本发明公开一种荧光碳量子点辅助的磁流体动态特征图像观测方法和装置，方法包括以下步骤：S1：制备荧光碳量子点；S2：制备磁流体；S3：将所述荧光碳量子点和磁流体混合使得所述荧光碳量子点包裹在所述磁流体上，形成磁流体复合功能材料；S4：将所述磁流体复合功能材料放置于磁场中，获取所述磁流体复合功能材料的动态特征图像。本发明利用新型荧光纳米材料碳量子点的荧光特性，以此来观测磁流体在磁场作用下的微观结构以及微观结构演变规律，揭示其微观动力学变化。

技术领域

本发明涉及磁流体动态特征观测技术领域，更具体地，涉及一种荧光碳量子点辅助的磁流体动态特征图像观测方法和装置。

背景技术

磁流体又被称为磁性液体、铁磁流体或磁液，是美国于20世纪60年代发明的一种新型的功能材料，其主要由直径为纳米量级(10nm以下)的磁性纳米颗粒、基载液以及表面活性剂三部分组成。由于表面活性剂的作用，磁流体具备足够的稳定性，即在重力场、电场、磁场作用下也不会发生团聚和沉降。是一种既能像液体一样流动，又能像固体磁性材料一样被磁场吸引的胶体溶液。磁流体平时不表现磁性，当对其施加磁场后，磁流体能够表现出磁性，即磁流体会进行一定的运动。

研究发现，在磁场作用下，磁流体的宏观力学特性受控于其微观结构特征，通过对磁流体在磁场作用下的微观结构以及微观结构演变规律研究，可以更彻底地揭示动力学变化。因此，有必要从微观角度研究磁流体的分布形态和结构演变特性。美国SouthernIllinois大学的Tang X(Journal of Applied Physics,2000,87(5):2634-2638)通过扫描电子显微镜观察了在磁场作用下，磁流体颗粒链在有、无挤压作用时的微观结构形态，研究发现，磁性颗粒在磁场作用下沿磁场方向排列，形成了单链结构，经挤压作用，由单链转变成明显的柱状结构。另外，美国斯坦福大学的Furst E M等(Physical Review E,2000,62(5):6916)利用光学显微缺陷捕捉技术，获取了磁流体颗粒链在拉伸过程中的变化特性，研究发现，附着在颗粒链表层的磁性颗粒，在颗粒链受拉伸过程中能够排列进颗粒链内部，形成一条规则的链状结构。韩国仁荷大学的Kim M W等(Macromolecular Research,2018,26(4):353-358)采用超声乳化技术制备了一种新型磁流体，其分散质为Fe₃O₄包覆的聚苯乙烯杂化颗粒，并使用扫描电镜对此磁流体的微观结构进行了观测研究。伊朗Shahrood科技大学的Gharibvand A J等(Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciencesand Engineering,2019,41(2):103)采用磁化模型对磁流体中软磁性颗粒进行了动力学建模，并利用Lennard-Jones势模拟了固-液两相体的相互作用以及固体软磁性颗粒的微观动力学变化过程。

然而，目前国内外研究学者主要通过理论分析、数值模拟和实验观测等技术手段对磁流体微观结构特性进行研究，但是，理论分析缺少具体的实验验证；为加快模拟速度，数值模拟多集中在少颗粒数量和二维空间层面，很难获取准确的磁流体微观结构演变特性；实验观测主要采用扫描电子显微镜和光学电子显微镜两种研究设备，只能捕捉到样本表层或者薄片组织结构，并且是以定性说明为主，存在容易破坏样品、实效性差和误差大等缺陷，不能获取准确的磁流变液整体结构信息，无法为研究磁流变液宏观力学特性提供准确的参考依据。

现有技术公开了一种磁流体液滴变形与分离现象观测实验系统，包括试验台以及设于所述试验台上的多液滴测量组件，多液滴测量组件两侧分别设置有高度可调节的升降平台，所述多液滴测量组件的另一侧设置有高度可调节的光源装置；其中一组所述升降平台一侧设置有光栅尺，设有光栅尺的升降平台上设置有磁铁片螺线管或激光定位器，另一组所述升降平台上设置有高速摄像采集装置。该方案仅能观测在磁场作用下磁流体液滴的变形与分离规律，无法获取准确的磁流变液整体结构信息。

发明内容

本发明的首要目的是提供一种荧光碳量子点辅助的磁流体动态特征图像观测方法，观测磁流体的动态特性。