Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)


Для цитирования:

Постельга А. Э., Игонин С. В., Бочкова Т. С., Нагорнов Г. М., Скрипаль А. В. Модуляция лазерного излучения суспензией углеродных нанотрубок в магнитной жидкости // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2024. Т. 24, вып. 2. С. 171-179. DOI: 10.18500/1817-3020-2024-24-2-171-179, EDN: MKYJYH

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
28.06.2024
Полный текст в формате PDF(Ru):
(загрузок: 30)
Язык публикации: 
русский
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
621.37:621.385.69:621.373
EDN: 
MKYJYH

Модуляция лазерного излучения суспензией углеродных нанотрубок в магнитной жидкости

Авторы: 
Постельга Александр Эдуардович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Игонин Семен Владимирович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Бочкова Татьяна Сергеевна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Нагорнов Георгий Михайлович , Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Скрипаль Александр Владимирович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Аннотация: 

Магнитные жидкости – это уникальные нанодисперсные системы, обладающие свойствами магнитного материала и жидкости. Несмотря на то, что их магнитные свойства уступают сталям и ферритам, они являются супермагнитными по сравнению с большинством жидких сред. При приложении магнитного поля к магнитной жидкости в ней образуются агломераты ферромагнитных наночастиц, которые визуально наблюдались в данной работе. Исследована зависимость глубины модуляции лазерного излучения с длинами волн 450, 550 и 650 нм от концентрации нанотрубок и величины индукции магнитного поля. Проведено измерение коэффициента пропускания поляризованного излучения оптического диапазона в зависимости от взаимного расположения агломератов ферромагнитных наночастиц и вектора напряженности электрического поля лазерного излучения. Изменение угла между электрической компонентой лазерного излучения и вектором индукции магнитного поля осуществлялось поворотом лазерного диода с поляризатором серводвигателем относительно вертикальной оси. Выявлено, что с увеличением длины волны лазерного излучения глубина модуляции возрастает. При увеличении значения индукции магнитного поля увеличивается глубина модуляции лазерного поляризованного излучения для всех длин волн. Добавление в магнитную жидкость углеродных нанотрубок приводит к их выстраиванию вдоль агломератов. Максимальное значение глубины модуляции для магнитной жидкости без углеродных нанотрубок составило 15% и наблюдалось для лазерного излучения с длиной волны 650 нм. Добавление в магнитную жидкость многостенных углеродных нанотрубок позволило увеличить значение глубины модуляции примерно в полтора раза.

Список источников: 
  1. Philip J., Laskar J. M. Magnetic nanofluids (Ferrofluids): Recent advances, applications, challenges, and future directions // Advances in Colloid and Interface Science. 2023. Vol. 311. Article number 102810. https://doi.org/10.1016/j.cis.2022.102810
  2. Oehlsen O., Cervantes-Ramírez S. I., Cervantes-Avilés P., Medina-Velo I. A. Approaches on Ferrofluid Synthesis and Applications: Current Status and Future Perspectives // ACS Omega. 2022. Vol. 7, iss. 4. Article number 3134. https://doi.org/10.1021/acsomega.1c05631
  3. Рыжков А. В., Меленёв П. В., Райхер Ю. Л. Магнитные и структурные свойства магнитополимерного композита: многочастичная модель // Неделя науки СПбПУ : материалы научного форума с международным участием. Институт прикладной математики и механики. СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2015. С. 216–218. URL: https://aero.spbstu.ru/images/attachments/week-science/ipmm-2015.pdf (дата обращения: 29.01.2024).
  4. Zhang X., Sun L., Yu Y., Zhao Y. Flexible Ferrofluids: Design and Applications // Adv. Mater. 2019. Vol. 31, iss. 51. Article number 1903497. https://doi.org/10.1002/adma.201903497
  5. Burya P., Černobilaa F., Veveriččíka M., Kúdelčíka J., Hardoňa Š., Rajňákb M., Pavlovičováb K., Timkob M., Kopčanský P. Investigation of structural changes in oil-based magnetic fluids by surface acoustic waves // J. Magn. Magn. Mater. 2020. Vol. 501. Article number 16639. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2020.166392
  6. Akchiche Z., Abba A. B., Saggai S. Magnetic nanoparticles for the Removal of Heavy Metals from industrial wastewater: Review // Algerian J. Chem. Eng. 2021. Vol. 01. P. 8–14. https://doi.org/10.5281/zenodo.4458444
  7. Hatamie A., Parham H., Zargar B., Heidari Z. Evaluating magnetic nano-ferrofluid as a novel coagulant for surface water treatment // J. Mol. Liq. 2016. Vol. 219. P. 694–702. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2016.04.020
  8. Дроздова В. И., Скибин Ю. Н., Шагрова Г. В. Исследование структуры разбавленных магнитных жидкостей по анизотропному светорассеянию // Магнитная гидродинамика. 1987. Вып. 2. С. 63–67.
  9. Haas W. E., Adams J. E. Diffraction effects in ferrofluids // Applied Physics Letters. 1975. Vol. 27, iss. 10. P. 571–572. https://doi.org/10.1063/1.88299
  10. Chandran S., Ronald T., Gavin L., Ratna N. Magnetic-field-induced optical anisotropy in ferrofluids: A time-dependent light-scattering investigation // Physical Review E. 2008. Vol. 78. Article number 051502. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.78.051502
  11. Ivanov A. O., Kantorovich S. S., Mendelev V. S., Pyanzina E. S. Ferrofluid aggregation in chains under the influence of a magnetic field // J. Magn. Magn. Mater. 2006. Vol. 300. P. e206–e209. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2005.10.081
  12. Černák J., Helgesen G., Skjeltorp A. T. Aggregation dynamics of nonmagnetic particles in a ferrofluid // Phys. Rev. E. 2004. Vol. 70. Article number 031504. https://doi.org/0.1103/PhysRevE.70.031504
  13. Eldin Wee Chuan Lim, Ruili Feng. Agglomeration of magnetic nanoparticles // J. Chem. Phys. 2012. Vol. 136, iss. 12. Article number 124109. https://doi.org/10.1063/1.3697865
  14. Yoshida T., Enpuku K., Dieckhoff J., Schilling M., Ludwig F. Magnetic fluid dynamics in a rotating magnetic field // J. Appl. Phys. 2012. Vol. 111, iss. 5. Article number 053901. https://doi.org/10.1063/1.3688254
  15. Sebastian A. Agglomeration effects in rotating ferrofluids // J. Magn. Magn. Mater. 2019. Vol. 482. P. 239–250. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2019.03.068
  16. Sanz-Felipe A., Barba I., Martín J. C. Optical transmission of ferrofluids exposed to a magnetic field: Analysis by electromagnetic wave propagation numerical methods // J. Mol. Liq. 2020. Vol. 315. Article number 113713. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.113713
  17. Lakić M., Andjelković L., Šuljagić M., Vulić P., Perić M., Iskrenović P., Krstić I., Kuraica M. M., Nikolić A. S. Optical evidence of magnetic field-induced ferrofluid aggregation: Comparison of cobalt ferrite, magnetite, and magnesium ferrit // Opt. Mater. 2019. Vol. 91. P. 279–285. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2019.03.031
  18. Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Ермолаев С. А. Визуальное наблюдение агломератов в объеме магнитной жидкости // Письма в ЖТФ. 1995. Т. 21, вып. 22. С. 82–85.
  19. Усанов Д. А., Постельга А. Э., Бочкова Т. С., Гаврилин В. Н. Динамика агломерации наночастиц в магнитной жидкости при изменении магнитного поля // ЖТФ. 2016. Т. 86, вып. 3. С. 146–148. https://doi.org/10.1134/S1063784216030221
  20. Belotelov V. I., Kreilkamp L. E., Akimov I. A., Kalish A. N. Plasmon-mediated magneto-optical transparency // Nature Communications. 2013. Vol. 4, iss. 1. Article number 2128. https://doi.org/10.1038/ncomms3128
  21. Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Ермолаев С. А. Дифракция света на агломератах слоя магнитной жидкости в магнитном поле, параллельном плоскости слоя // Письма в ЖТФ. 1997. Т. 23, вып. 3. С. 64–67.
  22. Li J., Li G., Lu X., Wang S., Leng M., Yang S., Guan J., Long Y. Magnetically Responsive Optical Modulation: From Anisotropic Nanostructures to Emerging Applications // Adv. Funct. Mater. 2023. Vol. 33, iss. 41. Article number 2308293. https://doi.org/10.1002/adfm.202308293
  23. Jing D., Sun L., Jin J., Thangamuthu M., Tang J. Magnetooptical transmission in magnetic nanoparticle suspensions for different optical applications: A review // Journal of Physics D: Applied Physics. 2021. Vol. 54, iss. 1. Article number 013001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/abb8fd
  24. Jian Li, Xiaodong Liu, Yueqiang Lin, Lang Bai, Qiang Li. Field modulation of light transmission through ferrofluid film // Appl. Phys. Lett. 2007. Vol. 91. Article number 253108. https://doi.org/10.1063/1.2825464
  25. Philip J., Laskar J. M. Optical Properties and Applications of Ferrofluids – A Review // J. Nanofluids. 2012. Vol. 1, iss. 1. P. 3–20. https://doi.org/10.1166/jon.2012.1002
  26. Vales-Pinzón C., Alvarado-Gil J. J., Medina-Esquivel R., Martínez-Torres P. Polarized light transmission in ferrofluids loaded with carbon nanotubes in the presence of a uniform magnetic field // J. Magn. Magn. Mater. 2014. Vol. 369. P. 114–121. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2014.06.025
  27. Усанов Д. А., Постельга А. Э., Бочкова Т. С., Гаврилин В. Н., Игонин С. В.. Модуляция поляризованного оптического излучения, проходящего через магнитную жидкость с нанотрубками, при воздействии магнитного поля с изменяющимся направлением // ЖТФ. 2017. Т. 87, вып. 9. С. 1432–1435. https://doi.org/10.21883/JTF.2017.09.44924.2188
Поступила в редакцию: 
29.01.2024
Принята к публикации: 
15.04.2024
Опубликована: 
28.06.2024