Modulation of laser radiation by suspension of carbon nanotubes in a magnetic liquid

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background and Objectives: Magnetic fluids are unique nanodispersed systems that have the properties of a magnetic material and a liquid. Although their magnetic properties are inferior to steels and ferrites, they are supermagnetic compared to most liquid media. When a magnetic field is applied to a magnetic fluid, agglomerates of ferromagnetic nanoparticles are formed in it, which were visually observed in this work. Materials and Methods: The dependence of the modulation depth of laser radiation with wavelengths of 450 nm, 550 nm and 650 nm on the concentration of nanotubes and the magnitude of the magnetic field induction is studied. The transmittance of polarized radiation in the optical range is measured depending on the relative position of agglomerates of ferromagnetic nanoparticles and the vector of the electric field strength of laser radiation. The angle between the electrical component of the laser radiation and the magnetic field induction vector changes by rotating the laser diode and polarizer with a servomotor relative to the vertical axis. Results: The maximum value of the modulation depth for magnetic fluid without carbon nanotubes is 15% and is observed for laser radiation with a wavelength of 650 nm. Adding multi-walled carbon nanotubes to the magnetic fluid makes it possible to increase the modulation depth by approximately one and a halftimes. Conclusion: It has been revealed that with increasing wavelength of laser radiation, the modulation depth increases. As the magnetic field induction value increases, the modulation depth of polarized laser radiation increases for all wavelengths. The addition of carbon nanotubes to the magnetic fluid leads to their alignment along the agglomerates.

About the authors

Aleksandr E. Postelga

Saratov State University

410012, Russia, Saratov, Astrakhanskaya street, 83

Semyon Vladimirovich Igonin

Saratov State University

410012, Russia, Saratov, Astrakhanskaya street, 83

Tatyana S. Bochkova

Saratov State University

410012, Russia, Saratov, Astrakhanskaya street, 83

Georgy M. Nagornov

Saratov State University

410012, Russia, Saratov, Astrakhanskaya street, 83

Alexander Vladimirovich Skripal

Saratov State University

ORCID iD: 0000-0001-7448-4560
410012, Russia, Saratov, Astrakhanskaya street, 83

References

  1. Philip J., Laskar J. M. Magnetic nanofluids (Ferrofluids): Recent advances, applications, challenges, and future directions // Advances in Colloid and Interface Science. 2023. Vol. 311. Article number 102810. https://doi.org/10.1016/j.cis.2022.102810
  2. Oehlsen O., Cervantes-Ramírez S. I., Cervantes-Avilés P., Medina-Velo I. A. Approaches on Ferrofluid Synthesis and Applications: Current Status and Future Perspectives // ACS Omega. 2022. Vol. 7, iss. 4. Article number 3134. https://doi.org/10.1021/acsomega.1c05631
  3. Рыжков А. В., Меленёв П. В., Райхер Ю. Л. Магнитные и структурные свойства магнитополимерного композита: многочастичная модель // Неделя науки СПбПУ : материалы научного форума с международным участием. Институт прикладной математики и механики. СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2015. С. 216–218. URL: https://aero.spbstu.ru/images/attachments/week-science/ipmm-2015.pdf (дата обращения: 29.01.2024).
  4. Zhang X., Sun L., Yu Y., Zhao Y. Flexible Ferrofluids: Design and Applications // Adv. Mater. 2019. Vol. 31, iss. 51. Article number 1903497. https://doi.org/10.1002/adma.201903497
  5. Burya P., Černobilaa F., Veveriččíka M., Kúdelčíka J., Hardoňa Š., Rajňákb M., Pavlovičováb K., Timkob M., Kopčanský P. Investigation of structural changes in oil-based magnetic fluids by surface acoustic waves // J. Magn. Magn. Mater. 2020. Vol. 501. Article number 16639. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2020.166392
  6. Akchiche Z., Abba A. B., Saggai S. Magnetic nanoparticles for the Removal of Heavy Metals from industrial wastewater: Review // Algerian J. Chem. Eng. 2021. Vol. 01. P. 8–14. https://doi.org/10.5281/zenodo.4458444
  7. Hatamie A., Parham H., Zargar B., Heidari Z. Evaluating magnetic nano-ferrofluid as a novel coagulant for surface water treatment // J. Mol. Liq. 2016. Vol. 219. P. 694–702. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2016.04.020
  8. Дроздова В. И., Скибин Ю. Н., Шагрова Г. В. Исследование структуры разбавленных магнитных жидкостей по анизотропному светорассеянию // Магнитная гидродинамика. 1987. Вып. 2. С. 63–67.
  9. Haas W. E., Adams J. E. Diffraction effects in ferrofluids // Applied Physics Letters. 1975. Vol. 27, iss. 10. P. 571–572. https://doi.org/10.1063/1.88299
  10. Chandran S., Ronald T., Gavin L., Ratna N. Magnetic-field-induced optical anisotropy in ferrofluids: A time-dependent light-scattering investigation // Physical Review E. 2008. Vol. 78. Article number 051502. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.78.051502
  11. Ivanov A. O., Kantorovich S. S., Mendelev V. S., Pyanzina E. S. Ferrofluid aggregation in chains under the influence of a magnetic field // J. Magn. Magn. Mater. 2006. Vol. 300. P. e206–e209. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2005.10.081
  12. Černák J., Helgesen G., Skjeltorp A. T. Aggregation dynamics of nonmagnetic particles in a ferrofluid // Phys. Rev. E. 2004. Vol. 70. Article number 031504. https://doi.org/0.1103/PhysRevE.70.031504
  13. Eldin Wee Chuan Lim, Ruili Feng. Agglomeration of magnetic nanoparticles // J. Chem. Phys. 2012. Vol. 136, iss. 12. Article number 124109. https://doi.org/10.1063/1.3697865
  14. Yoshida T., Enpuku K., Dieckhoff J., Schilling M., Ludwig F. Magnetic fluid dynamics in a rotating magnetic field // J. Appl. Phys. 2012. Vol. 111, iss. 5. Article number 053901. https://doi.org/10.1063/1.3688254
  15. Sebastian A. Agglomeration effects in rotating ferrofluids // J. Magn. Magn. Mater. 2019. Vol. 482. P. 239–250. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2019.03.068
  16. Sanz-Felipe A., Barba I., Martín J. C. Optical transmission of ferrofluids exposed to a magnetic field: Analysis by electromagnetic wave propagation numerical methods // J. Mol. Liq. 2020. Vol. 315. Article number 113713. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.113713
  17. Lakić M., Andjelković L., Šuljagić M., Vulić P., Perić M., Iskrenović P., Krstić I., Kuraica M. M., Nikolić A. S. Optical evidence of magnetic field-induced ferrofluid aggregation: Comparison of cobalt ferrite, magnetite, and magnesium ferrit // Opt. Mater. 2019. Vol. 91. P. 279–285. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2019.03.031
  18. Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Ермолаев С. А. Визуальное наблюдение агломератов в объеме магнитной жидкости // Письма в ЖТФ. 1995. Т. 21, вып. 22. С. 82–85.
  19. Усанов Д. А., Постельга А. Э., Бочкова Т. С., Гаврилин В. Н. Динамика агломерации наночастиц в магнитной жидкости при изменении магнитного поля // ЖТФ. 2016. Т. 86, вып. 3. С. 146–148. https://doi.org/10.1134/S1063784216030221
  20. Belotelov V. I., Kreilkamp L. E., Akimov I. A., Kalish A. N. Plasmon-mediated magneto-optical transparency // Nature Communications. 2013. Vol. 4, iss. 1. Article number 2128. https://doi.org/10.1038/ncomms3128
  21. Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Ермолаев С. А. Дифракция света на агломератах слоя магнитной жидкости в магнитном поле, параллельном плоскости слоя // Письма в ЖТФ. 1997. Т. 23, вып. 3. С. 64–67.
  22. Li J., Li G., Lu X., Wang S., Leng M., Yang S., Guan J., Long Y. Magnetically Responsive Optical Modulation: From Anisotropic Nanostructures to Emerging Applications // Adv. Funct. Mater. 2023. Vol. 33, iss. 41. Article number 2308293. https://doi.org/10.1002/adfm.202308293
  23. Jing D., Sun L., Jin J., Thangamuthu M., Tang J. Magnetooptical transmission in magnetic nanoparticle suspensions for different optical applications: A review // Journal of Physics D: Applied Physics. 2021. Vol. 54, iss. 1. Article number 013001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/abb8fd
  24. Jian Li, Xiaodong Liu, Yueqiang Lin, Lang Bai, Qiang Li. Field modulation of light transmission through ferrofluid film // Appl. Phys. Lett. 2007. Vol. 91. Article number 253108. https://doi.org/10.1063/1.2825464
  25. Philip J., Laskar J. M. Optical Properties and Applications of Ferrofluids – A Review // J. Nanofluids. 2012. Vol. 1, iss. 1. P. 3–20. https://doi.org/10.1166/jon.2012.1002
  26. Vales-Pinzón C., Alvarado-Gil J. J., Medina-Esquivel R., Martínez-Torres P. Polarized light transmission in ferrofluids loaded with carbon nanotubes in the presence of a uniform magnetic field // J. Magn. Magn. Mater. 2014. Vol. 369. P. 114–121. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2014.06.025
  27. Усанов Д. А., Постельга А. Э., Бочкова Т. С., Гаврилин В. Н., Игонин С. В.. Модуляция поляризованного оптического излучения, проходящего через магнитную жидкость с нанотрубками, при воздействии магнитного поля с изменяющимся направлением // ЖТФ. 2017. Т. 87, вып. 9. С. 1432–1435. https://doi.org/10.21883/JTF.2017.09.44924.2188

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».