一种去除外磁场调控非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构中磁流体的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种去除磁流体的方法，尤其涉及一种去除外磁场调控非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构中磁流体的方法。
【背景技术】
[0002]三维周期结构是一种人造的空间周期结构，因能够利用其带隙效应和缺陷效应实现对光子的自由操纵和控制，在量子信息处理、光信息处理以及生物传感等许多领域具有广泛的应用前景，近年来一直是研究的热点。三维周期结构的制备方法很多，如精密加工技术、半导体制造技术、胶体自组装法、模板法以及激光制造技术等等，而自组装法被认为是制备近红外、光学以及更短波段三维周期结构的最有效的方法。自组装方法主要包括垂直沉积自组装法、重力自组装法、离心自组装法、以及基片提拉法自组装法等。其中，垂直沉积自组装法是通过控制胶体颗粒的尺寸、蒸发温度、压强等几个重要的参数，得到厚度可控的三维周期结构，其工艺及设备简单，组装时间短(一般几个小时)、制备的样品大面积有序且缺陷较少。因此，为了在较短时间内得到大面积结构高度有序的三维周期结构，垂直沉积自组装法成为近年来科研研究者进行球形结构基元三维周期结构制备的首选方法之一。
[0003]发明人于2012年公开了一种采用磁流体控制非磁性椭球胶体颗粒成三维周期结构的方法，专利申请号为2012105133528，该方法通过将磁流体和非磁性椭球胶体颗粒均匀分布在去离子水中，通过蒸发和磁场的作用，磁流体中的非磁性椭球胶体颗粒会发生旋转，变得取向一致，最终形成三维周期结构，在形成三维周期结构的同时，磁流体和非磁性椭球胶体颗粒混合在一起，为了去除磁流体发明人采用氢氟酸蒸汽进行腐蚀，然而氢氟酸腐蚀不仅时间长，而且去除磁流体不彻底，因氢氟酸具有强腐蚀性，易对非磁性椭球胶体颗粒所形成的三维周期结构产生破坏。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供了一种去除外磁场调控非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构中磁流体的方法，解决了在制作非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构中采用氢氟酸去除磁流体所产生的问题。
[0005]本发明是这样来实现的，一种去除外磁场调控非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构中磁流体的方法，其特征在于:将非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构水平放置在高压箱内，在生成三维周期结构的玻璃基底的左右两端分别设有通电线圈从而控制磁场强度，从三维周期结构沿着水平方向的一侧通入水蒸汽，水蒸汽经过高压缓慢浸入磁流体内，在逐渐增加的磁场力作用下，磁流体随水一同流出。
[0006]所述附着有三维周期结构的玻璃基底水平放置在高压箱内。
[0007]所述压力为0.5_2Mpa。
[0008]所述磁场力为200-400G，磁场力增速为10/m。
[0009]所述非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构的制备方法为:1)将椭球置于小玻璃瓶A中，利用超声池超声60min，使椭球均匀分散在去离子水中；2)从小玻璃瓶A中取出5ml带有椭球的溶液，滴入浓度为0.3%的磁流体0.017ml，并超声使之均匀分布，然后盛放于小玻璃瓶B中；3)将该玻璃瓶B置于高压箱中，控制小玻璃瓶B液面处的磁场强度为210G;4)在蒸发温度35°C，压强为45mmHg的条件下，生长6h，在竖直放置的玻璃基底上得到空隙内充满磁流体的非磁性聚苯乙烯椭球胶体颗粒的三维周期结构；5)将负载有三维周期结构的玻璃基底水平放置，在外磁场的作用下，利用水蒸汽进行侵蚀，去掉三维周期结构中的磁流体成分，蒸汽侵蚀时间为lOmin，得到纯聚苯乙烯非磁性椭球胶体颗粒的三维周期结构。
[0010]本发明的技术效果是:将制备得到的非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构中的磁流体有效去除，不仅去除干净，而且对三维周期结构无影响。
【具体实施方式】
[0011 ] 本发明的一种去除外磁场调控非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构中磁流体的方法，利用高压水蒸汽浸入三维周期结构中的椭球胶体颗粒之间的磁流体，使得磁流体与椭球胶体颗的毛细作用力减小，并且磁流体遇水转变为半固态，然后通过磁场力将磁流体从三维周期结构中“抽出”，因非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构有厚度，通过线性增加磁场力，便于底层磁流体“抽出”。具体通过以下步骤实现:将附着有非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构的玻璃基底水平放置在高压箱内，控制压力为0.5Mpa，持续通入水蒸汽，磁流体受磁力作用从非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构“抽出”，“抽出”后的磁流体可用吸收掉。
[0012]为了实现上述目的，所述非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构如下技术方法来实现:
一种外磁场调控的非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构的组织方法，其特征在于，所述的方法包括下列步骤:
I)将球形聚苯乙烯胶体颗粒均匀分散在PVA中，形成胶体薄膜，悬挂拉伸后(悬挂物重109.227g-118.782g)，将胶体薄膜溶于水中，加热除去PVA，得到纵横比(1.3、1.7、1.9三种)均匀的非磁性椭球胶体颗粒。
[0013]2)将非磁性胶体颗粒分散到稀释的水基磁流体中(0.017ml的磁流体与5ml的去离子水掺和)，超声使之分布均匀，然后将玻璃基底垂直插入该溶液中，并将盛装溶液的小玻璃瓶B平稳放入高压箱中。在该小玻璃瓶B的上边和下边放条形磁铁，使得该小玻璃瓶B处于平行磁场中。
[0014]3)控制磁铁与小玻璃瓶B液面的距离得到合适的磁场力(210G)，在35°C的蒸发温度，45mmHg的压强下，由于液体的蒸发和外磁场的调控作用，经6h后在玻璃基底上得到非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构的组装。
[0015]下面实施例对本发明作进一步的详细说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0016]实施例1:
本实施方式中的非磁性椭球胶体颗粒的制备主要是利用聚苯乙烯球形颗粒拉伸而成，非磁性聚苯乙烯椭球胶体颗粒的粒径分布比较均匀、形状基本一致。
[0017]实施例2:本实施方式中一种外磁场调控的非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构的自组装方法主要是通过将非磁性椭球胶体颗粒均匀分散在磁流体中，在外磁场调控下，通过垂直沉积自组装方法得到高度有序的三维周期结构。
[0018]实施例3:
本实施方式制备具体实施例2所述的一种外磁场调控的非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构的自组装方法，通过以下步骤实现:1)将实施例1中制备得到的椭球置于小玻璃瓶A中，利用超声池超声60min，使椭球均匀分散在去离子水中；2)从小玻璃瓶A中取出5ml带有椭球的溶液，滴入浓度为0.3%的磁流体0.017ml，并超声始终均匀分布，然后盛放在小玻璃瓶B中；3)将该玻璃瓶B置于高压箱中，并在其上下两端各放置条形磁铁一根，使之处于匀强电场中，通过调节磁铁的位置，控制小玻璃瓶B液面处的磁场强度为210G ;4)在蒸发温度35°C，压强为45mmHg的条件下，生长6h，在玻璃基底上得到空隙内充满磁流体的非磁性聚苯乙烯椭球胶体颗粒的三维周期结构。
[0019]本实施方式中制备工艺简单快速、可操纵性强，能得到非磁性椭球胶体颗粒的三维周期结构。这结构的形成都只是利用外磁场、磁流体和自组装方法得到，无需任何其他的外部条件和工艺，制备工艺成本低。
[0020]实施例4:
本实施方式将上述实施例3中得到的非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构，利用水蒸汽进行侵蚀，在外磁场的作用下去掉三维周期结构中的磁流体成分，蒸汽侵蚀时间为lOmin，得到纯聚苯乙烯非磁性椭球胶体颗粒的三维周期结构。
【主权项】
1.一种去除外磁场调控非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构中磁流体的方法，其特征在于:将非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构水平放置在高压箱内，在附着有三维周期结构的玻璃基底的左右端分别设有通电线圈，从而控制磁场强度，从三维周期结构沿着水平方向的一侧通入水蒸汽，水蒸汽经过高压缓慢浸入磁流体内，在逐渐增加的磁场力作用下，磁流体随水一同流出。
2.根据权利要求1所述的去除外磁场调控非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构中磁流体的方法，其特征在于:在外磁场调控非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构的制备中，所述玻璃基底垂直放置在高压箱内；而在去除磁流体过程中，附着有三维周期结构的玻璃基底则是水平放置在高压箱内。
3.根据权利要求1所述的去除外磁场调控非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构中磁流体的方法，其特征在于:压力为0.5-2Mpa。
4.根据权利要求1所述的去除外磁场调控非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构中磁流体的方法，其特征在于??磁场力为200-400G，磁场力增速为10/m。
5.根据权利要求1所述的除外磁场调控非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构中磁流体的方法，其特征在于:所述非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构的制备方法为:1)将椭球置于小玻璃瓶A中，利用超声池超声60min，使椭球均匀分散在去离子水中；2)从小玻璃瓶A中取出5ml带有椭球的溶液，滴入浓度为0.3%的磁流体0.017ml，并超声使之均匀分布，然后盛裝到小玻璃瓶B中；3)将该玻璃瓶B置于高压箱中，控制小玻璃瓶B液面处的磁场强度为210G ；4)在蒸发温度35°C，压强为45mmHg的条件下，生长6h，在竖直放置的玻璃基底上得到空隙内充满磁流体的非磁性聚苯乙烯椭球胶体颗粒的三维周期结构；5)将附着有三维周期结构的玻璃基底水平放置在高压箱中，在外磁场的作用下，利用水蒸汽进行侵蚀，去掉三维周期结构中的磁流体成分，蒸汽侵蚀时间为lOmin，得到纯聚苯乙烯非磁性椭球胶体颗粒的三维周期结构。
【专利摘要】一种去除外磁场调控非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构中磁流体的方法，将非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构水平放置在高压箱内，在附着有三维周期结构的玻璃基底的左右端分别设有通电线圈从而控制磁场强度，从三维周期结构沿着水平方向的一侧通入水蒸汽，水蒸汽经过高压缓慢浸入磁流体内，在逐渐增加的磁场力作用下，磁流体随水一同流出。本发明的技术效果是：将制备得到的非磁性椭球胶体颗粒三维周期结构中的磁流体有效去除，不仅去除干净，而且对三维周期结构无影响。<b/>
【IPC分类】C08L25-06, C08J3-28
【公开号】CN104693459
【申请号】CN201410831361
【发明人】刘桂强, 刘正奇, 邵辉柏, 余美东, 黄珊, 潘平平, 刘晓山, 王燕, 顾刚
【申请人】江西师范大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2014年12月29日