CN112165847A - 一种基于磁流体自组装的微波吸收装置 - Google Patents

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王誉乔
温明富
饶龙石
黎倩萍
章诗婷
张豪
李泽钦
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Abstract

本发明实施例公开了一种基于磁流体自组装的微波吸收装置,包括线圈支架、亥姆霍兹线圈、高度台、磁流体薄膜元件、薄膜夹持基座,所述亥姆霍兹线圈由一对参数一致的螺旋线圈组成,且分别对向同轴固定安装于所述线圈支架上,所述高度台位于所述亥姆霍兹线圈的中心高度,所述磁流体薄膜元件安放在所述薄膜夹持基座的窄槽内,所述磁流体薄膜元件与所述亥姆霍兹线圈相垂直。采用本发明,本发明具有均一性好、磁响应特性强、合成制备工艺简单、吸波性能优异、组份可调性和吸波性能可控可调等优点,适用于日用电子产品、雷达和精密医疗仪器等领域。

Description

一种基于磁流体自组装的微波吸收装置
技术领域
本发明涉及一种微波吸收装置,尤其涉及一种基于磁流体自组装的微波吸收装置。
背景技术
微波吸收是通过某种物理作用机制将微波能转化为其他形式运动的能量,进而通过该运动的耗散作用转化为热能。目前以复合铁氧体、有机高分子聚合物、碳化硅纤维、碳纤维等作为吸收剂的微波吸收材料已得到较广泛的应用。而以磁流体混合液为吸收剂、基于磁流体自组装原理的微波吸收装置或元件尚鲜见报道。开发吸波性能好、吸收频带宽、原材料丰富、制备工艺容易掌握及生产成本低的新型磁性吸波元件和材料是今后的一个研究重点。
在3mm的微波段内,磁流体在外界磁场作用下会呈现二向色性,若确保外界磁场平行于磁流体薄膜平面,当微波垂直入射进入薄膜时,振动方向平行于磁场方向的微波电向量会明显衰减,且衰减程度与所施加磁场的磁场强度呈正相关。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于,提供一种基于磁流体自组装的微波吸收装置。可解决现有微波吸收材料均一性不佳、合成与制备工艺复杂和磁响应特性弱等问题。
非磁导电颗粒加入磁流体中形成磁流体混合液,由于微米级的非磁颗粒尺寸远大于磁流体中纳米级磁性颗粒,非磁颗粒与磁流体之间的相互作用可以看作是固相颗粒与牛顿流体之间的流固耦合作用。对涂有磁流体混合液的薄膜施加平行于膜方向的匀强磁场,非磁颗粒被附近磁流体反向磁化并表现出各向异性,非磁颗粒之间由于磁矩而具有偶极力,这种各向异性使得非磁导电颗粒在平行于磁场方向上自组装成导电链。当微波垂直于膜透过此膜时,振动方向平行于磁场方向的微波电向量会在膜中被吸收。这主要是因为:微波入射进磁流体薄膜,平行于磁场方向的微波电向量会生成电场,此电场与电向量方向相同,同时自组装形成的导电链在磁场方向上产生与微波相同周波数的交流电流,磁电流会使微波耗散能量,透过磁流体薄膜时,成为能量小的状态,亦即成为微波被吸收的状态。
为了解决上述技术问题,本发明实施例提供了一种基于磁流体自组装的微波吸收装置,包括线圈支架、亥姆霍兹线圈、高度台、磁流体薄膜元件、薄膜夹持基座,所述亥姆霍兹线圈由一对参数一致的螺旋线圈组成,且分别对向同轴固定安装于所述线圈支架上,所述高度台位于所述亥姆霍兹线圈的中心高度,所述磁流体薄膜元件安放在所述薄膜夹持基座的窄槽内,所述磁流体薄膜元件与所述亥姆霍兹线圈相垂直。
其中,一对所述螺旋线圈之间的距离与其线圈半径相等。
其中,所述磁流体薄膜元件包括两张超亲水薄膜以及其中心涂布的磁流体混合液。
其中,所述磁流体混合液是由水基磁流体与非磁导电颗粒混合而成。
其中,所述磁流体混合液含有界面活性剂。
其中,所述界面活性剂为油酸或硅烷偶联剂。
其中,所述非磁导电颗粒包括镀银聚苯乙烯微球、镀铜聚苯乙烯微球、银粉颗粒、铜粉颗粒和多壁碳纳米管粉末中的一种,其粒径尺寸均为微米级。
实施本发明实施例,具有如下有益效果:本发明具有均一性好、磁响应特性强、合成制备工艺简单、吸波性能优异、组份可调性和吸波性能可控可调等优点,适用于日用电子产品、雷达和精密医疗仪器等领域。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图;
图2是薄膜夹持基座的示意图;
图3是微波透过磁流体薄膜元件被吸收的示意图;
图4是截取亥姆霍兹线圈二分之一高度处的平面磁场分布示意图;
图5是线圈未载电流时磁流体薄膜内颗粒分布示意图;
图6是线圈载有同向、同大小电流时磁流体薄膜内颗粒分布示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
参照图1所示,本发明的一种基于磁流体自组装的微波吸收装置,包括了线圈支架1、亥姆霍兹线圈2、二分之一高度台3、磁流体薄膜元件4、薄膜夹持基座5。
如图2所示,薄膜夹持基座中间位置有一个固定孔53,可通过沉头螺栓将薄膜夹持基座5固定在二分之一高度台3之上,二分之一高度台位于亥姆霍兹线圈的中心高度。磁流体薄膜元件与所述亥姆霍兹线圈相垂直。
如图3 所示,一对参数一致的螺旋线圈组成的亥姆霍兹线圈在所截取平面磁感线分布均匀,即线圈内部产生高均匀度的匀强磁场。
一对参数一致的螺旋线圈分别对向同轴固定安装于线圈支架上。
磁流体薄膜元件4内部的磁流体混合液中包括非磁导电颗粒。非磁导电颗粒包括镀银聚苯乙烯微球、镀铜聚苯乙烯微球、银粉颗粒、铜粉颗粒和多壁碳纳米管粉末中的一种,其粒径尺寸为微米级。
本发明的操作方式如下:
S1 设计线圈支架如图1所示;设计二分之一高度台如图2所示,确定高度台的安装位置;设计薄膜夹持基座如图2所示,确定其固定孔53的位置。
S2 将两个参数一致的圆形线圈安装在线圈支架1上,图1中h、R分别为两个圆形线圈圆心连线距离、圆形线圈半径,安装时必须确保h=R,如此安装组合成亥姆霍兹线圈2。
S3 制备磁流体混合液,用电子天平称取定量非磁导电颗粒混入磁流体,加入适量界面活性剂,超声波振荡20分钟保持其混合均匀状态,将混合液装入试剂瓶中备用。
S4 取两张厚度均为1mm的超亲水薄膜,用定量注液泵吸取适量S3制备好的磁流体混合液并滴于其中一张超亲水薄膜上,涂抹均后,将另一张超亲水薄膜平铺上去,组成拥有“三明治”结构的磁流体薄膜元件4。
S5 用沉头螺栓穿过薄膜夹持基座5中心的固定孔53,将基座固定于二分之一高度台3上方。
S6 将S4制备好的磁流体薄膜元件4放置在薄膜夹持基座5的窄槽内,确保薄膜元件所在的平面与线圈圆心连线和竖直半径连线所在的平面平行。
S7 各部件组合装配后如图1所示,亥姆霍兹线圈未载电流时磁流体薄膜内颗粒分布如图5所示;亥姆霍兹线圈载有大小相同、方向一致的电流时磁流体薄膜内颗粒分布如图6所示。可以在磁流体薄膜元件的一侧放置微波振荡器,另一端放置收信器,测试该发明装置的微波吸收性能。
在本发明实施例中,将磁流体薄膜作为微波吸收主要元件,然后对薄膜施加特定方向的匀强磁场,微波透过薄膜时,磁流体混合液内部发生自组装会耗散能量,同时磁流体也会使微波电向量衰减,共同达到微波吸收效果。本发明用到的磁流体具有磁场快速响应、均一性好、密封性好和组份可调等特性,装置的吸波性能可以通过改变亥姆霍兹线圈内部的磁场强度实现调节。这种元件装置在雷达、微波医疗器械、生物分离、医学成像等领域具有广阔应用前景,甚至可将其配置在电视、音响、电脑等电子产品上,使电磁微波泄露降至安全限值以下,确保身体健康。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明权利要求所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种基于磁流体自组装的微波吸收装置,其特征在于,包括线圈支架、亥姆霍兹线圈、高度台、磁流体薄膜元件、薄膜夹持基座,所述亥姆霍兹线圈由一对参数一致的螺旋线圈组成,且分别对向同轴固定安装于所述线圈支架上,所述高度台位于所述亥姆霍兹线圈的中心高度,所述磁流体薄膜元件安放在所述薄膜夹持基座的窄槽内,所述磁流体薄膜元件与所述亥姆霍兹线圈相垂直。
2.根据权利要求1所述的基于磁流体自组装的微波吸收装置,其特征在于,一对所述螺旋线圈之间的距离与其线圈半径相等。
3.根据权利要求2所述的基于磁流体自组装的微波吸收装置,其特征在于,所述磁流体薄膜元件包括两张超亲水薄膜以及其中心涂布的磁流体混合液。
4.根据权利要求3所述的基于磁流体自组装的微波吸收装置,其特征在于,所述磁流体混合液是由水基磁流体与非磁导电颗粒混合而成。
5.根据权利要求4所述的基于磁流体自组装的微波吸收装置,其特征在于,所述磁流体混合液含有界面活性剂。
6.根据权利要求5所述的基于磁流体自组装的微波吸收装置,其特征在于,所述界面活性剂为油酸或硅烷偶联剂。
7.根据权利要求6所述的基于磁流体自组装的微波吸收装置,其特征在于,所述非磁导电颗粒包括镀银聚苯乙烯微球、镀铜聚苯乙烯微球、银粉颗粒、铜粉颗粒和多壁碳纳米管粉末中的一种,其粒径尺寸均为微米级。
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