TW471192B - Ordered structures in homogeneous magnetic fluid thin films and method of preparation - Google Patents

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471192 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（1 ) 相關的申請資料 這件申請案與洪振義、洪姮娥、揚鴻昌和揚維邦等四 人同時所提出申請案號為08/835，108之”磁性流體薄膜的 顯示器、單色光的開關與可調波長的濾波器”申請案有 關。 發明領域 這件發明包含同質性(h〇m〇gerleous)且能形成有序晶體 (crystalline)結構之磁性流體的生產方法。這發明同時也 包含在外加磁場影響之下，磁性流體製成之薄膜產生有序 結構的方法、控制這薄膜裡這些結構的方法，和利用這些 結構所產生有關磁光(magnetic-optical)的裝置。這些裝置 包含彩色顯示器，單色的光開關，與可調波長的過濾器。 發明背景 磁性流體是一種磁性的流體，包括膠狀(c〇U〇idal)的磁 性微粒，諸如：磁鐵礦（magnetite)或纟孟_鋅亞鐵 (manganese-zinc ferrite)，經界面活性劑（surfactants)的輔 助分散於連續的戴液中。這分散的磁性的微粒的平均直徑 的範圍約為5到1〇奈微米（”所）。每個微粒有一與它的尺 寸成比例的固定的磁矩(magnetic dipole moment)，此磁 矩可和外在的磁場方向對齊。 磁性流體在均勻的磁場下感受物體力量(b〇dy f〇rce)， 使得其位置可被操控，因此可製造出諸如轉動封件(r〇tary 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS〉A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 衣· 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 471192 A7 ___ B7_ 五、發明説明（2 ) ^^ - seals)、軸承(bearings)和相關的機械裝置 也可被用來建造顯示的裝置，諸如在美國註冊專利號碼 3,648,269和美國註冊專利號碼3,972,595所揭示者；這些 專利是利用磁場吸住磁性流體，而使一個預先決定的光學 圖樣不透光。這些裝置的類型通常是經由一個不透明的磁 性流體替代一個透明的流體以產生光學上的對比。然而， 此類的顯示裝置，其磁性流體並不產生有序晶體結構，而 且除了黑白的影像外並無法產生任何其它影像。 目刖，生產磁性流體有兩種較通用的方，法。第一種方 法是在液體載液的輔助下，經由球研磨（ball_miUgrinding) 把磁性粉末弄碎到膠狀微粒的尺寸，同時此液體亦做為分 散磁性微粒的媒介物。這方式例證於美國註冊專利號碼 3,215,572和3,917,538中。第二種方法是化學共沉法 (chemical precipitation)的技巧，如在美國註冊專利號碼 4,019,994所例證。這兩個技巧均苦於所生產的磁性微粒 在尺寸分配上、微粒組成成份上及微粒間相互作用力上呈 異質性(heterogeneity)之不利情況，而這些異質性可能對 於磁性流體在磁場影響之下形成有序結構的能力產生有害 的影響。 在外加磁場的影響下，磁性流體薄膜的結構圖樣形成 的系統最近已經吸引了很大的興趣。這些研究使用各種不 同類型的磁性流體，譬如，M· Fermigier與A.P. Gast，J. Co//ozWa//加154，522 (1992)和 D. Wirtz 與 Μ. Fermigier，^/2%, Leii. 72，2294 (1994)研究以鐵 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） 衣-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 471192 A7 B7 五、發明説明（3 ) 氧化物微粒載入植物的乳液（latex)或者聚苯乙烯 (polystyrene)微粒的懸浮液中，於平行磁場的影響下，其 磁性微粒的聚集過程和其一度空間的結構圖樣。在垂直磁 場的影響之下，相態分離的磁性流體薄膜形成類似二度空 間週期性的晶格被提出，Wang et al.，Αν. {你.72， 1929 (1994);可是，此篇論文的第一圖顯示出其為不規則 的結構。其他研究者已經在磁性乳膠液(magnetic f丨uid emulsions)的薄膜或者在混有非磁性球的磁性流體的薄膜 中，利用垂直磁場的影響產生較高度有序的二度空間晶 格，然而，這些晶格傾向於凝結，因此不適用需要在晶格 狀態和無結晶狀態間快速改變的任何應用，請參考，嬖如，

Liuetal.，P/^.i^v.Le".74,2828 (1995)，Skjeltorp， 尸咖.i^v· Ze"· 51，2306 (1983)。因此，在技術上，如 用來做為產生液晶的裝置則需要有一可經由小的磁場就可 改變的磁性流體的組成成份，請參考，譬如，da Silva和 Neto，尸办义 48，4483 (1993) 〇 假如能製成一種其薄膜有能力在外加磁場的影響夕下 能可逆地形成有序一度空間結構或二度空間的晶格的磁性 流體成份’那將對於製造各種不同新且有用的液晶磁光裝 置是很有用的。由於這些理由’需要一種能生產同質性磁 性流體成份的方法，而使得在外加磁場的影響之下，此磁 性流體所製之薄膜具有能夠可逆地形成有序的一度空間結 構或二度空間的晶格的能力。更進一步需要的是，一個能 用來鑑定此磁性流體成份的薄膜在外加磁場的影響之下， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 衣 、-& 471192 Α7 Β7 五、發明説明（4) -- 是否能夠產生高度有序的一度空間結構或二度空間的晶格 的簡單的方法。最後，利用此磁性流體的薄臈在外加磁場 的影響之下所產生有序的結構來製作磁光裝置是必需的。 而彰顯這個裝置的功效，有賴於所開發出的控制磁性流艘 薄膜在外加磁場影響下形成有序結構的方法，因此控制這 些有序結構的方法也是需要的。 發明概述 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ^衣_ I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) f 這個發明是針對合成一種同質性的磁性流體成份的方 法，而此磁性流體的薄膜在外加磁場下具有能夠形成有序 的結構，同時此發明亦針對根據此方法所合成的磁性流通 成份，這種合成的方法是基於—種最佳化後的化學共沉 法。這發明同時也提供如何使此磁性流體成份的薄膜在外 加磁場的影響之下產生高度有序的一度空間結構或二度空 間的晶格的方法，以及判斷磁性流體是否具有在磁場的影 響下形成有序之結構的能力的方法。這發明也針對暴露在 外加磁場下此同質性磁性流體的薄膜所形成之有序的陣 歹J同時這個發明也提供控制這些有序的一度空間結構或 二度空間晶格的特色間距的方法，而此控制是經由變化控 制的參數，諸如：外加磁場強度、磁場相對於薄膜的方向、 磁場強度的增率、薄膜的厚度、磁性流體中磁性粒子相對 於液基的浪度和磁性流體的溫度。更進一步地，這發明提 供利用這些磁性流體所產生之有序的結構和控制這一些結 構之間距的能力來製作液晶磁光的裝置。而這些裝置包 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 471192 A7 B7_ 五、發明説明（5 ) ~~— 含· 一種光繞射的彩色顯示裝置、一種可打開或者關閉的 單色光繞射開關、一種可調式的光繞射波長過濾器、一種 結合第一類型光繞射的彩色顯示器和單色光繞射開關技術 的第二類型彩色顯示裝置以及一種包含本發明的磁性流體 薄膜和偏極片（polarizers)的雙折射(double refract丨on)彩 色顯示裝置。 這發明的這些和其他的特色、觀點和優點將可由以下 的描述、附加的專利要求與所伴隨的圖式得到更充分的了 解。 發明的詳細說明 這種利用化學共沉法在氫氧化鈉(Na〇H)的強鹼環境下 由硫酸亞鐵(FeSOd和氯化鐵(FeCl3)合成磁鐵礦（Fe3〇4) 的化學反應由W.C.Elmore於1938年所提出。這種化學共 /儿法的反應被用來生產鐵磁性流體（丨、err〇_nυ丨如)（同時也可 稱為磁性流體’’（magnetic如丨心)）；其中磁鐵礦微粒被 彼覆一層界面活性劑後再被分散於一個連續的相態（也就 是微粒被分散於液體而非乳液中），請參考文獻，譬如，

Fertman，V.E.，’’Magnetic Fluids Guide Book: Properties and Application，，’ Hemisphere Publishing Corporation， 1989，ISBN-0-89116-956-3 第 14 頁。雖然，此一材料被 證實在建構多樣的機械裝置和顯示较置是有非常地有用， 然其薄膜卻並不容易形成有序的結構。此一有序的結構是 能與電磁幅射(eletromagnetic radiation)，譬如，可見光， 父互反應而產生如繞射（diffraction)或偏極化(polarization) 本紙張尺度適财_家鮮（CNS) Α4規格(―慶） ---------•裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 1# 471192 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（6 ) 等物理現象的一有規則有週期性的物體陣列。這種結構通 常是二度空間（譬如，^和少方向）或者是一度空間（譬如，X 方向）的秩序。前者的結構有時候也被稱為晶格(lattices)、 液晶的陣列（crystalline array)或二度空間液晶結構（2-dimensional crystals)。經由小心地調整化學共沉法反應和 隨後的披覆界面活性劑和分散階段等的參數，我們已經可 合成改善的磁性流體成份，而此磁性流體所做成的薄膜在 外加磁場的影響之下能夠可逆地形成有序的結構。 然不受限於任何特殊的理論，在微粒尺寸分配的同質 性和（或者)微粒間相互作用力的同質性之改善，似乎是此 一磁性流體成份能夠形成有序結構的原因。而本發明之磁 性流體成份其微粒間相互作用力的同質性的改善可能是反 應出其受氧化鐵(Fe203)和（或者)水的污染的降低。 根據本發明的方法，一種包含均勻分散於連續載液中 的極端好的磁性微粒的合成物，被利用小心調整控制變因 的化學共沉法所產生。這種磁性微粒是磁鐵礦(Fe3〇4)，是 由硫酸亞鐵(FeS04)和氣化鐵(FeCl3)的混合液與諸如氩氧 化、氮氧亞鐵（Fe(OH)2)或氮氧化鐵（Fe(OH)3) 等強鹼所產生化學反應的結果。這種磁性微粒再被彼覆一. 層界面活性劑來防止其聚集，然後再被完全地分散於一連 續的液基（載液）裡而形成一種同質性的磁性流體 (homogeneous magnetic fluids)。根據本發明，圖 1 為用 來產生同質性的磁性流體合成步驟的流程圖。 本發明所使用的一般程序牵涉到預先泡好硫艘亞鐵 本紙張尺度適用中國國家操準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -·裝------訂------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 471192 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（7) (FeS〇4)和氯化鐵(FeCl3)的水溶液，這水溶液的溫度被持 續地保持在80°C而且迅速地加入足量的氫氧化物 (hydroxide)，如氫氧化鈉(NaOH)、氮氧化亞鐵（Fe(〇H)2) 或氫氧化鐵(Fe(OH)3)等驗性水溶液一起搜拌，同時控制 溶液的酸驗值(pH)大約在11到11.5之間。由開始加入鹼 液到最終目標的酸驗值不得超過兩分鐘在本製程裡是非常 重要的。磁鐵礦(卩63〇4)的：?儿；?殿析出（c〇-precipitation)大約 需要20分鐘的時間。本化學反應式如下： 8NaOH + FeS04 + 2FeCl3 Fe304 i + Na2S04 + 6NaCl + 4H20 大約20分鐘後，界面活性劑如油酸(〇ieic acid)被加到 磁鐵礦(Fe3〇4)已析出的溶液中，這步驟是用來披覆磁鐵礦 (Fe3〇4)的微粒。假如所加的界面活性劑為油酸，一開始其 酸鹼值(pH)下降的很快，此時需加入額外份量的鹼溶液， 以保持在披覆步驟中一個較佳的酸鹼值(pH)環境，其值大 約在9.5到10之間。於這披覆過程中，反應的溫度均保持 在80°C，此步驟大約需30分鐘。在此步驟結束後，反應 後的混合物分成三層。在進入下一步驟前，倒掉混合物的 最上層，並保持中間和最下層留待下一步驟使用。在這彼 覆過程中，如使用的界面活性劑為油酸和使用的驗為氩氧 化鈉(NaOH)，其化學反應式如下： 1, CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH + Na+OIT ->CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COO Na+ + H20 2. Fe304 + CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COONa+ 〜 Fe3〇4#[CH3(CH2)7CH-CH(CH2)vCOONa+] 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 471192 A7 B7 五、發明説明（8) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在披覆步驟完成後（約30分鐘），則執行酸化 (acidification)步驟將質子注入（pr〇t〇nate)這些含幾基 (carboxylate)的組群，藉此以一個質子來取代鈉離子（Na, counterion)。這步驟可由加入充分數量的酸，諸如，氣化 氫(HC1)，到反應混合物中’同時在室溫(從大約2〇〇c到 大約25 °C)稅拌使此混合物的酸驗值(pH)降到大約從〇到 大約為1之間來達成。其間約時2〇分鐘之久。此時，被 覆界面活性劑的磁性微粒開始凝結（c〇agUlate)。完成此步 驟後，此k合物分開為一層，將上層移去。上述的酸化步 驟可能需額外重複二或三次，而在每個酸化步驟結束時， 上層須被移去然後再重覆下一個酸化步驟。當最上層不再 含有黑色微粒子時，方能執行下一個步驟。在這個取代的 步驟中如以氣化氫(HC1)為酸時，其化學反應式如下：

Fe304·!； CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COO Na+] + H+C1-—

Fe304#[ CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7CO〇-H+] + Na'Cl· 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 下一個步驟是傾析（decantation)。於此步驟中，加入 去離子水以便從已彼覆界面活性劑的磁鐵礦(Fe3〇4)產品中 除去殘留的離子，諸如，氯化氫(HC1)和氣化鈉(NaCl)。 加入充分的數量的65°C去離子水到已彼覆的磁鐵礦 (FeP4)使此懸浮體的酸驗值(pH)至大約4.7到5·0之間， 並在此過程中持續攪拌。在加入足夠量的去離子水後，則 靜置、沉澱，然後將水從已沉澱的磁鐵礦(Fe304)去掉，此 時產品已清洗完畢。 洗條則經由加入一做為液基的液體如煤油(kerosene)等 本紙張尺度適财關家縣（CNS ) M規格（2lGx297公羡） 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 471192 A7 _______B7_ 五、發明説明（9 ) 到已沉澱的磁鐵礦(Fe304)來達成，其比例約為每一公克 (gram)的磁鐵礦(Fe304)對1·1毫升(milliliter)的煤油。攪 拌此二成份，直到固態的磁鐵礦(Fe304)完全地溶解到液基 裡。此懸浮液然後放置在離心試管裡，在室溫下做短暫、 低速的離心。我們發現，如以煤油為液基，則於折合離心 力大約為500 X g的離心可做得很好。當樣本從離心機取 出後，它已經分成二層，上層為一包含剩餘鹽與大微粒的 黑色液體，而下層則為以界面活性劑披覆的磁性微粒的固 體。移去上層，接下來係將已披覆界面活性劑的磁性微粒 儘量地完全脫水(dehydrated)。 我們發覺合適的脫水步驟為將這些微粒溶於丙商同 (acetone)中’將此懸浮液以折合離心力為1X g離心3〇 分鐘，去掉丙_(&〇61;〇1^)，再置於65GC的爐中8到12小 時來乾燥。這些微粒被脫水後，它們再被溶於載液中，然 後將此溶液在離心機裡做短暫、低速的離心以除去大顆或 者聚集的微粒。離心後，在離心管中沉澱物上的液體即為 本發明的同質性磁性流體。再者，可將此液體放置於65〇c 的爐中8到12小時揮發掉部份液基，可增加在這液體裡 磁性微粒的濃度。 除了以上敘述的煤油與油酸的組合外，其它組液基與 界面活性劑的組合亦可以用來產生本發明可在其薄膜形成 有序結構的成份。表1舉出其代表性的組合。於表中，任 何在一攔列出的那些載液可以和同一欄所列出的那些界面 >舌性劑共同使用。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 『裝· 訂

471192 A7 B7 五、發明説(10 ) 表1 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 載液/界面活性劑組合用來產生同質性磁鐵礦(Fe304)的磁性流體 載液 界面活性劑 I·煤油 〇ceiOsene> 2·環己燒(Cyclohexane C6H12) 3. 正辛燒(n-octane C8H18) 4. 十二燒(n-dodecane C12H26) 5 -十四燒(n-tetradecane C mH3。） 6.十六燒(n-hexadecane C16H34) 7·十八院(n-octadecane C18H38) 6 二十院(n_eicosaneC2QH42) 1. 油酸(oleic acid) 2. 亞油酸(linoleic acid) 3. 撖欖油(olive oil，a mixture of: 〜9% CH3(CH2)14COOH， 〜2% CH3(CH2)16COOH， 〜80% oleic acid， 〜10% CH3(CH2)4CH=CH-CH2- ch=ch_(ch2)7_c〇oh) 4. [R(COO)]2Zn (where R = CH3(CH2)n? and 4 < n < 5) 5. 芥子酸(erucic acid) 全 IL 二十烧(perfluoroeicosane ^20^42) 1. 油酸(oleic acid) 2. 化聚謎酸(perfluoropolyether acid CF3CF2[CF2OCF(CF3)]5COOH) 氣油(gas oil, C12 and above hydrocarbon) 1. 油酸(oleic acid) 2. 橄欖油(olive oil) 3. [R(COO)]2Zn (where R - CH3(CH2)n, and 4 < n < 5) II 化煤油(perfluoro kerosene) 1 ·氟化聚 Si酸(perfluoropolyether acid) 2. 油酸(oleic acid) 3. 撖欖油(olive oil) 曱氧乙*_(2-methoxyethyl ether) mixture of R-O-R’（where R or R’ = CH3(CH2)n? and 4 < n < 5) and R need not equal R' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨Ο X 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 471192 A7 B7_ 五、發明説明（11) 同質性磁性流體的特徵 根據以上所描述的程序所製做出一同質性的磁性流 體，其樣本的X光繞射的圖樣用來證實如所期待的磁鐵石廣 (Fe304)樣本的單一相態fcc尖晶石結構。這X光繞射資料 可用來和從經由粉末繞射標準聯合委員會(JCPDS)編譯的 國際繞射資料中心（International Center for Diffraction Data)中的標準作比較。這樣本的磁化則使用震動樣本磁 化儀來量測，諸如，EG&G的VSM控制機型式4500。 這些樣本的微粒尺寸可利用Langevin函數，L(a) = M/Ms = (coth a _ 1/a)，其中oc = MsVH/kT、Μ是外加磁場強度 Η下樣本的磁化強度、ms是樣本的飽和磁化強度、k為波 茲曼常數而V是質點的體積，將其磁化強度、應用的磁場 強度（M-Η資料）代入而求得。因為溫度、Μ、k和Η已 知道，故V能被解得以求出微粒的半徑。這個Langevin 函數假設：（1)均勻的微粒尺寸；和（2)獨立的微粒行為。 對磁性流體而言，其微粒尺寸為一個正常的分佈，而且微 粒間因其具有磁矩而產生相互作用，因此，根據實驗所得 的M-Η曲線愈接近計算的Langevin函數，Langevin函 數的假設則愈符合。假如拿一個磁鐵接近這根據本發明的 同質性磁性流體所製成的薄膜，可觀察到一有顏色的光出 現在薄膜上且隨磁鐵移動而移動，此是由於薄膜受磁場影 響而產生有序的結構所導致的光學效果。如此色彩在從 Ferrofluidics 公司（Nashua，New Hampshire)所獲得的 EMG909中，一種商業上現成可用的煤油基磁性流體 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) a4規格（210Χ297公釐） ----------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、^1 471192 補先 A7 B7 五、發明說明（12) (Fe304)，是無法觀察到的 同質性磁性流體薄膜裡的有序結構 根據上述方法所合成之磁性流體，可被封入不同厚度的 玻璃凹槽(glass cells)中，以形成液體薄膜。本發明的薄膜 較佳的厚度約為1微米到20微米的範圍，而更佳的厚度則 從大約2微米到大約6微米（1微米=1〇_6米）。於本發明的 具體事例中’平行和垂直於薄膜平面的磁場分別由 Helmholtz線圈和一個均勻的螺線管所產生，而假如需要其 它的選擇’螺線管可被Helmholtz線圈所替代以提供垂直 磁場。這Helmholtz線圈和螺線管所產生的磁場強度與供 給到這些裝置的電流相關，並可由高斯計量測到；在本發 明的事例裏，磁場是均勻的，而且在薄膜範圍磁場強度的 偏差少於百分之一。為決定外加磁場下同質性磁性流體薄 膜裡有序結構的特性，我靖㈣Zeiss光學的顯微鏡來攝取 薄膜的影像，且有序結構形成對時_演進經由—咖影 像照像機傳輸到個人電腦記錄下來。 圖2例圖闡示一個用來量測外加磁場下同質性磁性流 體薄膜特性的設備。為了可自動地獲得資料，用來產生磁 ^的電源供絲是經由電腦程式㈣，而控制數據（包含影 utr度)棘的電腦程式被寫為可調整磁場強度與 ~強度的增率。如果需要，可在揭取數據前，程式預設 定的固=時間’以便磁場變化時，可確保樣品已達到準穩 本紙張尺料財

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471192 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 A7 五、發明說明（14 ) 同體積比率時的距離對磁場強度的函數圖中顯示，當體積 比率降低時，這d-H曲線移向上和右方。在全部其他參數 保持不變下，增加溫度T使得微粒的磁化強度降低，因而 造成微粒圓柱體間的距離增加的結果。 假如本發明的同質性磁性流體薄膜受到一平行磁場的 作用’薄膜裏磁性微粒凝聚而形成平行於磁場的方向的微 粒鏈。當磁場強度增加時，因為它們間的相互作用，這些 微粒鏈傾向聚集和形成粗而長的鏈。一度空間且幾乎呈週 期性的結構，在本發明的同質性磁性流體裡觀察到。這些 長鏈存在於橫跨整個薄膜厚度的不同層次上，微粒鏈間的 距離與磁場強度的倒數成比例（圖8)，而和薄膜厚度成比例 (圖 9)。 利用同質性磁性流體薄膜所產生的磁光效應 本發明同時也針對當電磁波通過上述本發明的可控制 的有序結構之磁性流體薄膜，或被其反射時所產生的光學 現象。為顯示這些現像，圖10所描繪的設備是用來建構和 測試磁光裝置。其中所使用的薄膜的面積為lcm χ訃所， 並分別地用Helmholtz線圈和一個均勻的螺線管來產生平 行和垂直的均勻磁場。在薄膜範圍内，所量測得到的磁場 強度的偏差少於百分之一。一白色光源（Intra]lux 5〇(M 2仞 瓦特的鹵素燈，美國VOLPI Manufacturing，Inc•，所製造， 燈大約開在最大功率的百分之二十五）所產生的光束通過 一望遠鏡而變成幾乎平行，接著的兩個光學鏡片再= 本紙張尺度綱巾S國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -------訂------- {請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 471192 A7 ----------------- R7_ 五、發明說明（15 ) ^ ^ 來使此幾乎平行的光束平行，再以一放置於兩個光學鏡片 間的光圈來控制光束的大小，而此一平行的白光經過一個 置於薄膜下的反射鏡反射，此反射鏡相對於光束的角度可 =由轉動鏡平面來調整，結果使得光到薄膜的人射^改 變。而數據擷取，則利用一連接到個人電腦的ccd照相機 獲取通過薄膜的影像。另外，有時亦以傳統的底片照 來代替。 圖11是將一滴同質性磁性流體暴露在外加的垂直磁場 下的相片。這一滴的厚度因表面張力的關係而改變，由於 外加磁場下所形成的有序陣列間之距離隨著薄膜的厚度而 改變，所以當一平行的白光放置在薄膜下時，在薄膜上方 可以看見彩色的光譜。圖中刻度的尺寸相當於。 圖12為同質性磁性流體的一系列相片影像，用來闡明 經由一外加垂直磁場影響的薄膜所產生光的繞射。圖中刻 度的尺寸相當於2mm。於這一些影像中，除了供應給用來 產生磁％之均勻螺線管的電流外，其他所有的參數均保持 不變。當磁場強度改變時，薄膜顏色的改變從紅色一直到 紫色。這一系列的影像，顯示出通過薄膜之光的顏色是可 以被控制的，而且可由薄膜得到一片面積約在幾個平方公 分的單一顏色的光。 根據本發明，可建造一包含很多圖素(pixel)的顯示裝 置，每一個圖素包含一個個別用來控制薄膜磁場強度或溫 度的電子迴路，經適當地調整每一個圖素的電流，多種彩 色的影像就會顯現出來。 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮） 裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 471192 A7 B7 五、發明説明（16) " 範例一 同質性磁性流體的配製 首先將160尽氫氧化納(]^011，95%純度，1\1111〇11811丨)^1<：11

Industries，Ltd·)加入足夠的去離子水(de_i〇nized water) 調製出500毫升(m/&)的8莫耳的氫氧化鈉(Na0H)溶液。 第二種溶液則將足量的去離子水加到〇1莫耳的硫酸亞鐵 (FeS04.7H20 ’ 98%純度 ’ Showa Chemicals，Inc.)和 0·2 莫耳的鼠化鐵(FeCl3,6H20，97%純度，Showa Chemicals， Inc，)使得最終體積為600毫升。以一根玻璃棒連續地攪拌 第二種溶液，同時將第一種溶液加入使得溶液的酸鹼值(pH) 達到並且保持在11到〗1·5之間，此時磁鐵礦(Fe3〇4)從溶 液中析出’氫氧化鈉(NaOH)溶液的添加大約在兩分鐘内 完成。在此反應的步驟中，溫度保持在8〇〇C，此共沉步驟 大約需時20分鐘。 再以 50 宅升的油酸(〇ieic acid，Showa Chemicals，Inc.) 加入到含有磁鐵礦(Fe3〇4)的上述溶液中，以便以油酸來彼 覆微粒。一開始，酸鹼值(pH)下降的很多，需加入額外的 氫氧化鈉(NaOH)溶液’以便保持在整個彼覆步驟中的酸 鹼值(pH)在10左右。在此反應的步驟中，溫度保持在 8〇°C，且大約需時3〇分鐘。在此步驟完成時，溶液會分 成二層，可移去最上層，中間和最下面一層則保留給下一 步驟使用。 適量體積的氣化氫(HC卜37.52%純度，Polin)加到餘 留的溶液中，使其酸鹼值(pH)下降到1左右。此步驟在室 本錄尺度適用中國國家襟準（CNS ) A4規格（210X297公楚） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 一裝· 訂 471192 經 濟 部 中 央 標 準 局 員 工 消 費 人 再 社 印 製 A7 B7 五、發明説明（Π) 溫下進行。於此步驟，需持續攪拌約分鐘，此時彼覆 油酸的磁性微粒開始凝結。在大約20分鐘結束時，此溶 液會分開為二層，將含有黑色粒子的上層移去，並重複上 述的酸化步驟。同樣地，再一次將上層移去。在第二次酸 化步驟後，溶液上層不再觀察到黑色粒子。但在有些合成， 此步驟可能需被重複執行一到二次，直到最上層不再含有 黑色粒子，而每次步驟重複前，則須移去上層。 在酸化步驟完成後，65。(：的去離子水加入保留的下層 溶液，以便用來清除殘留的氣化氫(HC1)和氣化.(NaC1)。 一面加水一面攪拌，加入足量的水，使得溶液的酸鹼值(pH) 到大約為5左右。讓溶液中固態物質沉澱，再將水傾倒掉。

口恕物夤再以母公克加入1.1毫升的煤油（kerosene)來 /月洗 直撥拌直至固態物質完全溶入煤油中，再將此溶 液倒入離心管裡，以相當於離心力大約為5〇〇 X g的速率 離心10分鐘。此步驟的離心與其它步驟的離心均在室溫 下進行。離心後，此樣本分成兩層，上層為一包含殘留的 鹽類和大粒子的黑色液體，下層為已披覆油酸磁性微粒的 固態物質。倒掉上層，再將下層完全地去水。去水的步驟 是將此固態物質以丙酮(acetone)溶解，再以相當於離心力 大約為1800 X g的速率離心30分鐘，倒掉丙酮，將磁性 微粒置放在65cC的爐中烘乾8到12小時。最後，將這些 乾燥的磁性微粒以每克(gram)對2.〇毫升的煤油的比例溶 解。此溶液再以相當於離心力大約為500 X g的速率離心 1〇刀鐘’將浮在表層的液體由離心管裡倒出放入在650C (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) c· -L· 471192 A7 B7 五、發明説明（18 ) 的爐中烘乾大約10小時’以便將部份的煤油蒸發來提高 磁鐵礦（Fe3〇4)的濃度。此液體由爐中取出，即為磁性 流體。將此一同質性磁流體选封於玻璃凹槽(glass cells)中 以形成磁性流體薄膜’即可在磁場中形成有序結構。 磁鐵擴(Fe3〇4)樣本的X光繞射的圖樣證實為單一相態 fee尖晶石結構。量測到的晶格常數(lattice constant)為8.4 埃(8.4J)。樣本的磁化強度則使用震動樣本磁化儀來測量， 所量測到此同質性磁性流體的飽和磁化強度為10.58 emw/g。其體積比率可由此磁性流體的飽和磁化強度和磁 鐵礦(Fe304)粉末的飽和磁化強度之比值計算得到，其比例 為 18,9%。 範例二 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 --------衣-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) f 二度空間有序結構為外加磁場強度的函數 圖2所顯示的設備，是用來檢驗依範例一所合成同質 性磁性流體所製作的薄膜，在一個垂直於薄膜平面的外加 磁場的影響下，所產生結構圖樣的形成。在此範例中，外 加磁場的強度被改變。圖3顯示以CCD影像照相機所攝 取使用6微米厚薄膜時的影像，用來顯示磁場增加 時，二度空間有序結構的形成過程：由不規則的微粒圓柱 體（圖3a)、到一有序的六角形結構（圖3b和圖3c)和再到 一迷宮的型態（圖3d)。這些影像顯示出微粒圓柱體間的距 離，在兩個臨界強度(¾和H,)之間，大約和磁場強度成反 比。 本紙張尺度適用中國國ϋ準（CNS ) A4規格（ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 471192 A7 B7 五、發明説明（19 ) — ~-- 範例三 二度空間有序結構為薄膜厚度的函數 在此範例中，檢驗薄膜厚度對有序結構的圖樣形成的 影響。利用圖2所顯示的設備，來探討不同薄膜厚度下同 質性磁性流體薄膜的二度空間之有序結構。在此實驗中， 除了薄膜厚度外，其他的參數均保持不變。而薄膜厚度的 變化則利用不同深度的玻璃凹槽來達成，其厚度從1〇微 米改變到2微米。圖4提供以CCD照相機所攝取，在方 向垂直於薄膜平面的固定外加磁場強度1〇〇 ^^下，依範 例一所合成同質性磁性流體所製作成之薄膜的影像，其中 在所探討的薄膜中形成二度空間的有序結構。這些影像指 出，微粒圓柱體間的距離在所探討的薄膜厚度的範圍内大 約和薄膜厚度成比例。 範例二和範例三的結果顯示，在外加磁場下，二度空 間的六角形結構會在同質性磁性流體所製作成的薄膜裡形 成。微粒圓柱體間的距離和磁場強度的倒數有緊密的關 係，而至少在範例三所探討的厚度範圍内大約和薄膜厚度 成比例。圖5描繪出微粒圓柱體間的距離為薄膜厚度和磁 場強度的函數。 範例四 二度空間有序結構為磁場強度改變率的函數 磁場強度改變率的影響於本範例中探討，使用之磁場 強度改變率為5仏“、50 Oe/s、100 OeAs和4〇〇 〇仏。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4ϋ( 2】〇X297公釐） ' --------衣-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 、11 f 丄丄 丄丄 2 經 濟 部 中 k h 準 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明説明（20 ) 圖6係微粒圓柱體間的 的距離在不同磁場強度改變率(ΘΗ/Α) 下，和磁場強度的關传。 ^ 此圖顯示，當改變率增加時，曲 線往圖的左下方移動；+ 初，也就是說，磁場強度改變率增加時， 微粒圓柱體間的距離減少。 範例五 二度空間有序結構為體積比率的函數 除了製造過程中最後的分散步驟外 ，磁性微粒與其液 基間不同體積比率的磁性流體樣本可依範例-的方法所合 成，而在刀政步驟中，可用所加入煤油體積的多寡來改變 磁U的體積比率。圖7顯示減少體積比率使得微粒圓 =間的距離相對於磁場強度的曲線圖往右上方移動，也 就疋說，在所有其他參數保持不變下，當體積比率減少時， 微粒圓柱體間的距離會增加。 在以後的兩個範例卜將以Helmholtz線圈取代圖^ 所顯示的設備中的羽螺線管，以便外加到薄臈的磁場由 垂直於變成平行於薄膜的平面。 範例六 一度空間有序結構為外加磁場強度的函數 在此範例中，同質性磁性流體所製做薄膜受到—個其 方向平行於薄膜平面的外加磁場的作用。當加上磁場時、 在薄膜中的磁性微粒開始聚集、在薄膜平面沿磁場方向形 本紙張尺度適用中國國家襟準（CNS ) A4規格（2】〇Χ297公釐） -- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 ί - _ i 1 111 · 471192 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（21 ) 成磁性微粒鏈’這些磁性微粒鏈存於薄膜厚度間的不同層 次。當磁場強度增加時，磁性微粒鏈變成具有週期性，二 且磁性微粒鍵間的距離成比例地降低。圖8顯干，在鬥質 性磁性流體所製做薄膜中，改變磁場強度從5〇 〇e到3〇〇 對週期性磁性微粒鏈間距離的影響。 範例七 一度空間有序結構為薄膜厚度的函數 在此範例中，探討薄膜厚度對平行磁場的一度空間週 期性結構的影響。同質性磁性流體封入不同深度的玻璃凹 槽，以便探討薄膜厚度的影響。圖9顯示在所探討的薄膜 厚度的範圍内（10 //m到2 //m)而且其他參數均保持不變的 情況下，磁性微粒鏈間距離和薄膜厚度成比例。 範例八 第一種類型的光繞射彩色顯示器 當外加垂直磁場達到臨界值ΗΛ時，二度空間微粒圓柱 體陣列在同質性磁性流體薄膜裡形成。當一平行的白色光 束通過薄膜時，產生繞射現象；當光束達到關察者的眼睛 時’產生建设性與破壞性的干涉。圖13是一用來解釋光 繞射概念的同質性磁性流體薄膜裡所形成陣列的剖面圖。 在圖中，d是在二度空間微粒圓柱體陣列中微粒圓柱體間 的距離、Θ為入射光束和薄膜法線所夾的角度、θ，則為繞 射光束和該法線的夾角，設Ν為所有用來繞射入射光束的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經漓部中央標準局員工消費合作社印製 471192 A7 --—___B7 五、發明説明（22 ) 微粒圓柱體的數目，經過繞射後，光的強度I為

’、中 φ λ d(sin㊀+δίηθ’），和λ是光的波長(wavelength) 〇 光 強度I變成最大時的條件與光經過薄膜繞射後最亮的條件 相同。這個條件為 2 ΞΙά^ηθ + δίηθ，)=κπ 其中，κ為非負值的整數。 角度Θ可被設計使得sin0>>sin0’。因此對於一個固定 的角度Θ，當觀察者遠離薄膜時，他所觀察到的顏色將不 會因有限的移動而改變。同時，κ == 0的情況將不會發生。 κ = 1的情況是最有趣而且是最重要的。在此條件下，d和 λ的關係為 d sin θ = λ 如果這一個波長λ(κ = 1)是在可見光的範圍，則相同的d 將只允許其他波長為λ/κ的光通過薄膜，其中κ = 2、3、...。 幸運地’這些波長的光是在可見光的頻譜之外。而其理由 為，人類眼睛可觀察到最長波長的光大約為〇·7 ，因此 λΑ2 = 〇·35 //m。這一波長的電磁波在頻譜中為紫外線的範 圍，因此無法被人類的眼睛觀察到。其結果，觀察者將只 看到單一波長的光。 當然，光的強度I 一定會散射，其散射的程度队必須 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 衣1T------~ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁〕 經濟部中央榡準局員Η消費合作衽印製 W1192 A7 ^^^- B7 五、發明説~~~~ -- \ § λ 1 滿足Τ"=Ν。在同質性磁性流體薄膜裡的二度空間微粒圓 杈體陣列，Ν值非常的大而且與薄膜面積有關，因此，！ λ 非常的小。如果微粒圓柱體間的距離d滿足d = _A_，將可 sin0 觀察到-很純的單色光。幸運地，根據本發明的方法所合 成同質性磁性流體所製做薄膜裡的二度空間微粒圓柱體陣 列，其微粒圓柱體間的距離正是在幾微米之間，因此微粒 圓桎體陣列有能力對可見光造成繞射來產生強度的干涉。 更進-步地’因為距離d可被操控，譬如，控制外加磁場 的強度、磁場強度的料(祕^)、磁場方向與細的爽角、 同質性磁性流體薄膜的厚度和（或者是）其溫度，觀察者所 看到光的顏色可隨心所欲地來改變。 根據本發明的方法，顯示器包含許多圖素(pixeis)。每 一個圖素可由-片同質性磁性流體所製作的薄膜搭配一電 子迴路所組成’這電子迴路是用來改變在個別圖素裡微粒 圓柱體間的距離，而造成出射光顏色的改變。冑14是一 個圖素的概念圖。在顯示器t，當圖素裡微粒圓柱體間的 距離個別地調整’顯示器將產生一個多種顏色的影像。 根據由Bragg所提出之繞射原理，同質性磁性流體所 製作的薄膜，在外加水平磁場的影響之下，亦可發生繞射 的現象。當對薄膜施加磁場時，磁性微粒開始聚集，形成 平行於薄膜平面的微粒鏈。而微粒鏈間的距離，可以由改 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（21〇χ^^ -------- --------0^------1Τ------IP— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 |-----___ B7 五、發明説明（24 ) 變磁場強度來控制。當-人射的白色光束與薄膜平面形成 -夾角時’微粒鏈將光束折射。因這些微粒鏈位於薄膜裡 料同層次’被不同層次微粒鏈所折射的光將產生干涉， 、、’。果產生非常鮮_色彩。這裡再次地，可關整外加的 磁場來得到所要的色彩。 範例九 單色的光繞射開關 如範例八所提供者，同質性磁性流體所製作的薄膜可 用來從白色光產生波長為X的單一顏色的光。在如同範例 八中所描述情況下（也就是sin0»sin0，），繞射只有在當同 質性磁性流體薄膜裡二度空間微粒圓柱體陣列的微粒圓柱 體間之距離滿足d sin θ = λ的條件時才會發生。亦即，在 外加磁場的某一強度下，一種單一顏色的光才會被薄膜所 繞射’而通過它達到觀察者的眼睛。經由調整外加垂直磁 場的強度’即可關閉或者打開光開關。如果以一有顏色的 染料塗覆在薄膜上，把光開關打開，所需要的顏色就可出 現。 範例十 光繞射的可調式波長濾波器 此範例同樣利用範例八所發展的觀念。同質性磁性流 體薄膜中所形成六角形結構的微粒圓柱體間之距離可被調 整，且大約為幾微米。如同範例八所提，可經由調整微粒 中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） —-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 f 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 471192 A7 ______B7 五、發明説明（25) 圓枉體間之距離d，來選取波長在微粒圓柱體間距離大小 的電磁波。除了薄膜面積可能大很多外，其同質性磁性流 體薄膜和它的電子迴路類似於範例八所示一般。 範例十一 第二種類型的光繞射彩色顯示器 第二種類型的光繞射彩色顯示器的觀念是利用在範例 八和範例九所使用科技的結合。此顯示器包含很多數目的 圖素’每一個圖素包含三個彼此緊鄰在一起的單色的光繞 射開關。每一個開關由同質性磁性流體薄膜和用來控制微 粒圓柱體間之距離的電子迴路所組成。這三個光開關的光 源分別為紅、綠和藍，而且這三個光開關只被設定個別地 允許紅、綠和藍的光地通過。 經由適當的調整控制迴路的電流，單色的光繞射開關 f以被打開或者是關閉，因此可以完全不允許或者是允許 這三種顏色之一通過光開關。因而顯示器的每一圖素將可 顯示任一的黑、紅、綠、藍或者是這後三種顏色的任意結 合。當含有圖素的光開關的電流個別地調整，顯示器將顯 現出一彩色RGB(Red、Green、Blue)的圖像。 範例十二 光雙折射彩色顯示器 本範例是一種使用在外加磁場平行於薄膜平面下，同 質性磁性流體薄膜的應用。在外加磁場下，磁性微粒聚集 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨〇乂297公餐） " - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 、?! 經濟部中央標準局員工消費合作社印掣 471192 A7 B7 五、發明説明（26 ) 且在薄膜平面形成微粒鍵，這一些微粒鍵存在於薄膜厚度 的不同層次。此時薄膜裡的磁性流體，因微粒鏈的方向性 排列，變成異方性的介質。 沿著微粒鏈排列方向的光折射係數n||將和垂直於微粒 鏈排列方向的光折射係數η±不同，因此在磁性流體薄膜裡 進行一距離s，光波其電場在平行於微粒鍵排列方向的偏 極化(polarization)平面，將和光波其電場在垂直於微粒鏈 排列方向的偏極化(polarization)平面不同，此處s是薄膜 的厚度。以E丨丨和E±來表示這些電場強度，可表示成 ico 卜1^!8、 E| 〇ce ^ c j 和 ΐω t—兰丄· s E± 〇ce ( c ) 14裡’ 1==Λ^ ' ω是電磁波的頻率、t是時間而e是光速。 這些電磁波因不同的η"和〜值，將會相互干涉。此範例為 利用調整外加磁場的強度以改變^的差值，來控制兩 光波相互干涉的應用。圖15舉例說明本發明這個範例的 具體表現。 在圖15中，兩片極軸(p〇laraxes)相互垂直的偏極片 (P—s)覆蓋在同質性磁性流體薄膜的兩面。選擇外加 磁場使其方向與兩片偏極片的極轴成45〇失角。當光打到 偏極片時，，、有與偏極片極軸平行的光能夠通過。因為這 兩片偏極片相互垂直，故通過第一片偏極片的光無法通過 本紙張尺度適用中國國家標準Ϊ CNsl 一異方性的 --------衣------、玎------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 471192 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（27 ) 時，入射光的電場將被旋轉，因此有部分的光將能夠通過 第二片偏極片。 在此範例中，外加一平行於薄膜的磁場，而在薄膜裡 的磁性流體變成異方性的。因為％和\所產生差值的結 果’當光通過薄膜時，光偏極化的平面將被旋轉。因此， 部分的光將能夠通過第二片偏極片達到觀察者的眼睛。實 際上，通過一片偏極片和同質性磁性流體薄膜的光的強度 和Sln2 f (n丨丨_n±)成正比，最大強度的條件為^ (η丨丨 f (2κ +1)，其中，κ為一不為負的整數。在此狀況下，薄 膜的厚度s不會因改變磁場強度而改變。可是，的 值可經由改變磁場強度來改變。因此可經由改變外加磁場 的強度來獲付所需要波長的光。此範例的圖素和產生磁場 的電子迴路與範例八相類似；唯一的不同處，在本範例中， 磁場為平行於同質性磁性流體薄膜平面。 上面的例子只被用來提供舉例說明這項發明，但並不 侷限這項發明所涵括的範圍。其他有關這項發明的變化， 對於一個具平常技巧的專業而言，是容易且明顯的，將在 以後附加的專利要求中含括。而在此引用的全部出版物， 註冊專利和註冊專利申請，將納入參考資料。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公餐） ---------衣-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 471192 A产 B7 η*

五、發明說明（ 圖式說明 這專利的檔案至少包含一張彩色圖，請求和支付必要的 費用後，這專利的副本包含彩色圖將由專利與商標辦公室 所提供。 圖一、為合成同質性磁性流體具有在外加磁場下形成有序 的度空間結構或二度空間晶格之步驟流程圖。 圖一、顯示一套用來測量在外加磁場之下磁性流體薄膜性 質的設備圖。 圖三、顯示同質性磁性流體薄膜在外加而垂直於薄膜平面 的磁場下所形成之二度空間的六角形晶格的陣列； 而由磁性微粒聚集而成之圓柱體則位於六角形晶格 的頂點。 圖四 '顯不不同厚度的薄膜在一個垂直磁場（100 下所 形成之二度空間的六角形晶袼的陣列。 圖五、顯示在二度空間的六角形晶格的陣列中微粒圓柱體 間的距離與磁場強度和薄膜厚度的關係。 圖八顯示在一度空間的六角开》晶袼的陣列中微粒圓柱體 間的距離與磁場強度和磁場強度增率的關係。 圖七顯示在一度空間的六角形晶袼的陣列中微粒圓柱體 間的距離與磁場強度和磁性流體中磁性微粒濃度的 關係。 圖八；齡时性磁性流體_在_辦加而且平行於薄 膜平面的磁場下所形成之週期性的微粒鏈間距與磁 場強度的關係。 本紙張尺度適用中®國家標準（CNS)A4規格（2J〇 X 297公釐 ιιπ

五、發明說明（29) 圖九、顯示同質性磁性户 、 注机體溥膜在一個外加而且平行於薄 膜平面的磁場下所形成之週期性的微粒鏈間距為薄 膜尽度的函數。 顯不一套用來示範磁性流體薄膜巾有序結構所產生 的光繞射和雙折射現象的設僙圖。 、顯示經由一磁光的裝置所產生的顏色光譜；其中 同質性磁性流體薄膜的厚度變化大約從2到10微 米（娜）、Η 叫5〇 0e、卿Λ = 〇e/y。 、顯示當外加磁場強度改變時經由一包含同質性磁 性流體薄膜的磁光裝置所產生不同顏色的色彩。 、圖式說明第一類型的光繞射彩色顯示元件的同質 性磁性流體薄膜的剖面圖。 、圖式說明一個別的圖素成分的設計：包含一個同 質性磁性流體薄膜、一種產生磁場的方法和控制 磁場強度的方法。 、圖式說明一種同質性磁性流體薄膜的雙折射彩色 顯示元件剖面圖。 圖十 圖十· 圖十二 圖十. 圖十四 圖十五 裝----I---訂_-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖號對照說明： A. CCD影像照像機 C.光學顯微鏡 Ε·:同質性磁性流體薄膜 Α’.個人電腦 C’.螺線管 Β.個人電腦 D.螺線管 F.電源供應器 B’. CCD照相機 D’·同質性磁性流體薄膜 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 471192 A7 _B7_ 五、發明說明（3Q ) E’.反射鏡 F’·望遠鏡 G’.白色光源 H’·電源供應器

片鏡學光 I 圈光 J5 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^--------II---------Φ. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 471192 A8 n __ 墨广年及月7日絛正，更正/補& ---------^_ 7 、 丄 — 晒 - - /、、申請專利範圍 L種磁性流體的成份，基本上包含··披覆界面活性劑的磁鐵礦 =e3〇4)微粒分散於一連續相態的載液中；這裡的成份，當暴 路在一外加磁場下，有能力形成晶袼陣列。 2 _ 種有能力在外加磁場形成晶格陣列的磁性流體成份的合成 方法；包含下列的步驟： (a) 將足夠數量的氫氧化物的驗液加入包含硫酸亞鐵(Feg〇4) 和氯化鐵(FeCl3)的混合溶液來提高並保持溶液的酸鹼值 (pH)在11 ·〇到η·5間以合成磁鐵礦(Fe3〇4)微粒；此步驟 中從添加驗液到使溶液的酸驗值(pH)達到11.0所需的時 間為短於或者是等於2分鐘； (b) 以一界面活性劑彼覆磁鐵礦(Fe3〇4)微粒； (c) 加入足量的酸來降低包含被披覆的磁鐵礦(Fe3〇4)微粒的 液體的酸鹼值(pH)到1或者是以下，以便將被披覆的磁鐵 礦(Fe304)微粒凝結； (d) 回收被披覆的磁鐵礦(Fe304)微粒再將之分散在足量體積 的水使此液體的酸鹼值(pH)達到介於4.7到5·0之間； (e) 從液體中回收被披覆的磁鐵礦(Fe304)微粒； (f) 以載液來洗滌回收的被披覆的磁鐵礦(Fe304)微粒； (g) 將被披覆的磁鐵礦(Fe304)微粒去水；和 (h) 將被坡覆的磁鐵礦(Fe304)微粒溶在載液中。 3.如申請專利範圍第2項所述的方法，在此，鹼液是氫氧化鈉 (NaOH)溶液、界面活性劑是油酸(〇leic acid)和液基是煤油 (kerosene) 〇 \紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 2町公髮〉 " --------------------訂---------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 471192 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 4. 如申請專利範圍第2項所述的方法，在此，去水的步驟包含下 列過程： (a) 將被披覆的磁鐵礦(Fe3〇4)微粒溶在丙酮(acet〇ne)中； (b) 從丙酮中回收被披覆的磁鐵礦(Fe3〇4)微粒；和 (c) 將被回收的微粒烘乾。 5. -種觸磁性流體是否有能力形成有序結構的方法，包括： (a) 製作一片流體薄膜； (b) 放置這片薄膜在一均勻的磁場下，磁場方向與薄膜平 面垂直；和 ⑹判斷在薄膜中否有晶格陣列的存在。 6. -種麟磁性流體是否有能力形成有序結構的方法，包括： (a) 製作一片流體薄膜； (b) 放置這一片薄膜在一磁場下；和 (c) 判斷磁場是否在流體中誘發出一顏色的改變。 7. -種形成晶格陣列的方法，包含：將—基本上包含磁性微粒、 界面活性劑和連續減餘之同質性磁性频成份所做成的 薄膜暴露在一外加磁場之下。 8·如申5胃專利範圍第7項所述的方法，於此，這—外加磁場的方 向垂直於薄膜平面。 9·如申响專利範圍第7項所述的方法，於此，這一外加磁場的方 向平行於薄膜平面。 10.如申明專利範圍第7項所述的方法，於此，外加磁場的方向與 薄膜平面夾角是從0〇到9〇0。 11· 一種由申請j利範圍第7項所述的方法所產生的磁性微粒圓 ‘紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐]- --I — 111 - I I I - I I I I I I 1 « — — —— —I — I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 471192 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 A8 B8 C8 D8 /、、申請專利範圍 柱體六角形排列及磁性微粒鏈週期性鏈狀排列的晶格陣列，此 晶格陣列面積約數釐米平方，厚度是數微米，陣列中的磁性微 粒圓柱體及磁性微粒鏈的間距大小具可調性，可由數微米到數 十微米。 12.如申請專利範圍第丨1項所述的陣列，於此，這一陣列有能力 繞射可見光。 13_如申請專利範圍第7項所述的方法，更包括製成一磁性微粒圓 柱體六角形排列及磁性微粒鏈週期性鏈狀排列的晶格陣列，此 晶袼陣列面積約數釐米平方，厚度是數微米，陣列中的磁性微 粒圓柱體及磁性微粒鏈的間距大小具可調性，可由數微米到數 十微米。 14.如申請專利範圍第13項所述的方法，其中改變至少一種下列控 制參數： (a) 外加磁場的磁場強度， (b) 外加磁場的強度改變率； (c) 薄膜厚度； (d) 在流體中磁性微粒的體積比率； (e) 外加磁場相對於薄膜平面的方向； (f) 薄膜溫度； 可以改變該陣列中磁性微粒圓柱體間的距離。 15·如申請專利範圍第13項所述的方法，其中改變至少一種下列控 制參數：' (a) 外加磁場的磁場強度； (b) 外加磁場的強度改變率； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 471192 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (C)薄膜厚度； (d) 在流體中磁性微粒的體積比率； (e) 外加磁場相對於薄膜平面的方向； (f) 薄膜溫度； 可以改變該陣列中磁性微粒鏈間的距離。 --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）