Nanoferrofluid Materials: Advanced Structure Monitoring Using Optical Transmission in a Magnetic Field

Abstract

The optical transmission of a thin ferrofluid layer was investigated at various optical radiation wavelengths. The turning on of the durable external magnetic field pulse leads to nonmonotonic changes of the optical transmission value with minimal value during the field pulse. This phenomenon is related to the formation of columnar nanoparticle aggregates and transformation in the ferrofluid bulk. It was shown that time interval corresponding to the optical transmission minimum is proportional to the laser wavelength, which can be explained with Mie-like optical extinction on the ferrofluid aggregates and its dependence on the diameters of columnar aggregates. Hence, a simple experimental approach was proposed to measure and control the ferrofluid aggregates diameters in submicron spatial dimension ranges. Particularly, this approach could be used for the formation of composite nanomaterials consisting of polymers and magnetic nanoparticles with controlled structural parameters. These materials could be reused after parameters changes (e.g., lattice constant, aggregate size, and magnetic permeability tensor) with a heating/cooling cycle without the need for preparation of a new material from scratch.

Features of Formation and Transformation of Fe$_{3}$O$_{4}$-Nanoparticle Clusters in a Magnetic Fluid under the Long-Term Magnetic-Field Pulse Action

“…Останнім часом з'явилася ціла низка робіт [7,21,22] по утворенню періодичних самоорганізованих структур в МР, що може бути використано як спосіб формування мікро-і нано-структурованих магнетиків [22]. В [23] було запропоновано мето-дику створення композитних матеріялів із наперед заданими влас-тивостями та здатністю змінювати ці властивості для конкретних потреб.…”

“…В останньому методі після вмикання магнетного поля в тонких шарах йонних МР [29,30] та в МР, стабілізованих за допомогою су-рфактанта [16,23,31], спостерігалася інверсія напрямку оптичної екстинкції (ІНОЕ): спочатку зменшення оптичної прозорости МР одразу після ввімкнення імпульсу магнетного поля протягом пев-ного відрізку часу, а потім самовільне збільшення оптичної прозо-рости МР ще під час дії імпульсу магнетного поля.…”

“…Момент часу  1 , коли спостерігається ІНОЕ-1, відповідає моменту часу, коли характерний розмір D клас-терів магнетних наночастинок в перерізі, поперечному до напрям-ків магнетного поля та зондувального оптичного променя, і який змінюється під час дії магнетного поля, стає порядку довжини хви-лі оптичного випромінення. Спектральні дослідження [23] величи-ни оптичної екстинкції в магнетному полі підтвердили цю гіпотезу та уможливили одержати інформацію про середню швидкість росту кластерів в МР в різні проміжки часу після ввімкнення магнетного поля.…”

“…Зауважимо, що спеціяльні дослідження [23] показали відсутність помітного впливу на одержані результати нагріву МР потужним ла-зерним випроміненням.…”

“…Але це є і важли-вим свідченням того, що ріст кластерів має латеральний характер [16,23]. Поздовжнє або латеральне збільшення розмірів кластерів має принципове значення в розумінні механізмів утворення клас-терів та їх трансформування.…”