PDMS基磁流变弹性体薄膜磁控光学性能及应用研究

摘要

磁流变弹性体是一种具有广阔应用前景的智能材料。通常情况下是将微米级的磁性颗粒分布于非磁性的弹性聚合物基体制备而成，通过外部磁场的诱导，磁性颗粒在基体中沿磁场方向形成链状结构，表现出材料性能的各向异性。目前，对于其的研究主要集中在大尺寸、宏观领域以及振动控制领域，对于其在微观领域和光学领域的研究相对较少涉及。本文基于拓展磁流变弹性体在微观领域以及光学领域研究的目的，制备了以PDMS为基体材料的磁流变弹性体薄膜，并研究磁性颗粒含量、微观结构、外磁场对其光透过率的影响，同时确定了PDMS基磁流变弹性体薄膜的制备方法及其相关工艺参数，并且完成了PDMS基磁流变弹性体薄膜光学透过率的测量，确定了其光透过率的测量方法。
　　通过研究发现：同一颗粒含量，且无外磁场时，PDMS-Fe3O4磁流变弹性体各向异性薄膜的光透过率高于各向同性薄膜的，这种差异在颗粒含量为5wt％时达到最大，各向异性的要高出16.66%；施加外磁场测量薄膜光透过率，薄膜的光透过率有明显的增加，在颗粒含量为1wt%时增加达到最大，各向性的增加17.04%，各向异性的增加23.01%，且在同一颗粒含量下由磁场引起光透过率的增加，各向异性薄膜的总是高于各向同性薄膜的。对PDMS-Fe磁流变弹性体薄膜来说：无外磁场时，各向异性薄膜与各向同性薄光透过率差异在颗粒含量为7wt%时达到最大，为5.39%；加载磁场之后薄膜的光透过率减小，各向性薄膜在颗粒含量为7wt%时减小最多，减小4.86%，各异性薄膜在颗粒含量为13wt%时减小最多，减小3.23%，且在同一颗粒含量下，由磁场引起的光透过率的减小，各向同性薄膜的高于各向异性薄膜的。据以上测量结果，查阅文献资料，建立分析模型，分析由微结构、外部磁场引起的薄膜的光透过率的变化的原因，不同的微结构对光的散射程度不同，造成了薄膜在光透过率上的差异；施加外磁场后，不同微观结构的薄膜会产生不同形变，导致了薄膜光透过率在加载磁场后的差异。
　　通过理论分析发现：PDMS基磁流变弹性体薄膜的折射率高于纯的PDMS的，且随着磁性颗粒含量的增加，其折射率增加；外磁场作用下薄膜将处在应力状态下，而应力状态下PDMS的折射率会发生改变，这就意味着PDMS基磁流弹性体薄膜的折射率可在外磁场作用下发生改变。
　　最后基于以上研究结果设计了一种PDMS基磁流变弹性体薄膜的磁控微透镜阵列。

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第一章 绪论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 磁流变弹性体的研究现状和发展趋势

1.3 本文的研究内容与章节结构

第二章 磁流变弹性体相关理论概述

2.1 磁流变弹性体的磁流变机理

2.2 磁流变弹性体的磁致性能

2.3 本章小结

第三章 PDMS-Fe3O4磁流变弹性体薄膜的制备及光透过率研究

3.1 PDMS-Fe3O4磁流变弹性体薄膜的制备

3.2 PDMS-Fe3O4磁流变弹性体薄膜的微观形态的表征

3.3 PDMS-Fe3O4磁流变弹性体薄膜的光透过率表征

3.4 本章小结

第四章 PDMS-Fe磁流变弹性体薄膜的制备及光透过率研究

4.1 PDMS-Fe磁流变弹性体薄膜的制备

4.2 PDMS-Fe磁流变弹性体薄膜微的观形态表征

4.3 PDMS-Fe磁流变弹性体薄膜在磁场作用下的光透过率表征

4.4 本章小结

第五章 设计微透镜阵列基于PDMS基磁流变弹性体薄膜的折射率研究

5.1PDMS基磁流变弹性体薄膜的折射率研究

5.2基于PDMS基磁流变弹性体薄膜的磁控微透镜阵列设计

5.3 本章小结

第六章 总结及展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻硕期间的研究成果