磁性纳米粒子粒径表征方法研究

摘要

本文利用磁性纳米粒子的磁化曲线进行粒径分布测量研究。磁性纳米粒子的磁化曲线满足郎之万方程，包含着粒子的粒径分布信息。搭建用于获得磁性纳米粒子磁化曲线的三角波磁场装置，利用优化算法对磁化曲线拟合，得到粒径分布参数。磁性纳米粒子粒径分布的研究对其应用于浓度成像或者温度成像等生物医学领域具有重要的意义。
　　首先，假设磁性纳米粒子的粒径服从对数正态分布，对磁化曲线进行离散化处理，得到粒径测量模型。磁流体中磁性纳米粒子的单体和聚集体处于动态平衡状态。在外磁场下，磁性纳米粒子的磁化强度由单体和聚集体共同构成。由此得到聚集体存在情况下粒子粒径测量模型。利用优化算法对磁化曲线进行拟合，得到磁性纳米粒子的粒径分布。
　　其次，利用三角波磁场装置准确地获取磁性纳米粒子的磁化曲线。三角波磁场装置包括激励磁场产生、磁场测量和数据处理三个功能模块。其中，激励磁场产生模块通过激励波形预编辑和 PID电流调节技术产生三角波激励磁场；磁场测量模块通过检测采样电阻上的电压信号实现激励磁场的测量，通过两个反向串联的探测线圈实现磁性纳米粒子磁化强度的测量；数据处理模块包括背景磁场的抑制、数据平均处理、磁化强度波形的重构、磁化曲线的获取几个方面。
　　最后，利用优化算法对磁化曲线进行拟合，得到粒子粒径分布参数。最常用的非线性曲线拟合算法是L-M算法。L-M算法是一种局部优化算法，不能获得精确的粒子粒径分布。对优化算法进行改进，采用全局优化算法GlobalSearch。GlobalSearch算法的测量结果非常理想，即使在初始点远离最优解和样品浓度未知的情况下。利用SOR-20样品和SOR-30样品进行实验验证。

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目录

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究.现状

1.3 论文的主要创新点

1.4 论文的工作安排

2 磁性纳米粒子粒径表征的原理

2.1 引言

2.2 磁流体的定义及其结构

2.3 磁性纳米粒子粒径表征

2.4 利用磁化曲线进行粒径表征

2.5 磁流体中存在聚集体时粒径表征

2.6 本章小结

3 磁性纳米粒子粒径表征的系统设计

3.1 引言

3.2 系统总体框图

3.3 磁场产生模块

3.4 磁场测量模块

3.5 数据处理模块

3.6 本章小结

4 磁性纳米粒子粒径表征的算法研究

4.1 引言

4.2 粒径表征的步骤

4.3 L–M 算法

4.4 GlobalSearch算法

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 研究总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献

附录1：攻读硕士期间申请的发明专利和发表的学术论文