基于Monte Carlo方法的磁流體微觀結(jié)構(gòu)建模及光學(xué)特性分析.pdf

1、磁流體作為一種新型的功能材料，同時(shí)具有固體的磁性和液體的流動(dòng)性雙重特性，因此具備了很多特有的物理性質(zhì)和表觀現(xiàn)象。其中，磁流體的微觀結(jié)構(gòu)及其光學(xué)性質(zhì)的研究正是當(dāng)前熱門的研究問題之一。本文即是運(yùn)用Monte Carlo數(shù)值模擬方法來對(duì)磁流體的微觀結(jié)構(gòu)建模，并對(duì)其由于微觀結(jié)構(gòu)變化而引起的光學(xué)性質(zhì)變化進(jìn)行了分析研究。
　　本文在詳細(xì)分析磁流體中的磁性粒子勢(shì)能函數(shù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用Monte Carlo方法模擬了磁流體二維和三維微觀聚集結(jié)構(gòu)的形

2、成過程。在無磁場(chǎng)情況下，磁流體中的磁性粒子會(huì)形成團(tuán)簇結(jié)構(gòu);當(dāng)外加磁場(chǎng)時(shí)，磁性粒子將會(huì)沿磁場(chǎng)方向形成鏈狀結(jié)構(gòu)，且在不同磁場(chǎng)強(qiáng)度(25Gs、50Gs、75Gs、100Gs)下，鏈狀結(jié)構(gòu)隨磁場(chǎng)的增大而變長(zhǎng)、變直，在不同濃度(1％、1.8％、3.6％)下，鏈狀結(jié)構(gòu)隨濃度的增加而變長(zhǎng)、變密。
　　在運(yùn)用Monte Carlo方法建立的磁流體微觀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，本文建立了磁流體的光透射模型，并運(yùn)用Monte Carlo方法模擬光線了在磁流體薄膜

3、內(nèi)的傳遞過程。通過分析光線傳遞過程中的影響因素（如:外加磁場(chǎng)強(qiáng)度、施加磁場(chǎng)方向、薄膜厚度、體積濃度等），統(tǒng)計(jì)磁流體薄膜的透射率、反射率、吸收率，得到了各影響因素對(duì)磁流體薄膜的光譜透射率以及1550nm處的光透射率的影響關(guān)系。在光入射方向與磁場(chǎng)施加方向平行時(shí)，不同磁場(chǎng)強(qiáng)度（0Gs、25Gs、50Gs、75Gs以及100Gs等）時(shí)，透射率會(huì)隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增加;當(dāng)光入射方向與磁場(chǎng)施加方向垂直時(shí)，光透射率隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，會(huì)有先降低再升高

4、的趨勢(shì)。同時(shí)探討了濃度（1％、1.8％、3.6％等）、不同厚度（5μm、10μm、15μm、20μm等）對(duì)磁流體透射率的影響是:濃度增大，透射率線性減小;厚度增大，透射率線性減小。
　　此外，在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件下，通過搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，濃度1.8％、薄膜厚度為10μm、磁場(chǎng)大小為0～200Gs，實(shí)驗(yàn)得到了磁流體薄膜在光入射方向與磁場(chǎng)方向平行與垂直的情況下的透射率隨外加磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的變化規(guī)律。并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果對(duì)比，兩者變化趨勢(shì)相同，