磁流体之磁操控与应用磁流体之磁操控与应用.PDFVIP

磁流體之磁操控與應用磁流體之磁操控與應用 磁流體之磁操控與應用磁流體之磁操控與應用 蔡心怡 衛榮漢* 李俊鵬 賴梅鳳 國家實驗研究院 國立清華大學 國立清華大學 儀器科技研究中心 動力機械工程學系 奈米工程與微系統研究所 kellytsai@itrc.narl.org.tw wei@pme.nthu.edu.tw* mflai@mx.nthu.edu.tw 摘要摘要 摘要摘要 當磁液滴被環境油包覆時會降低磁液滴之表面張力 ，接著受磁場作用引發水力不穩定而分散成微米等 級之次液滴 ，隨著磁場增強，次液滴分散得愈多且尺寸愈小。藉由設計上下兩部分錯位0.5 倍圓心間 距與旋轉 45 度之陣列磁膜，觀察磁液滴於磁膜上之排列情況 ，使用此方法可以設計不同之磁膜以做 出不同尺寸的微凹槽陣列 ，而非如同原子佈植只能以其最密堆積之排列呈現，因此可藉由此方法做出 不同需求的生醫晶片與微型均光片 。由實驗可知磁液滴之排列會與錯位磁膜相同，當磁膜為六角陣列 且錯位 0.5 倍圓心間距 ，磁液滴會受磁膜影響造成晶格缺陷，但上下部份之磁膜會有效地影響中間過 渡區之磁液滴 ，使磁液滴仍然為規則之六角晶格；如果磁膜為四方陣列且旋轉45 度角 ，則磁液滴亦 可整齊的地在磁膜上排列 ，利用快速傅立葉轉換後的倒晶格點即可快速檢測磁液滴是否為規則排列 ， 未來可利用磁膜錯位之設計 ，製作出不同需求之生醫檢測晶片，也可以使用磁液滴與透明高分子材料 做出規則之微型均光片 ，以製造出均勻的面光源。 關鍵字 ：磁液滴、磁膜、磁水力不穩定 壹、壹、 前言 前言 壹壹、、 前言前言 奈米科技主要是根據物質在奈米尺寸下與巨觀尺度時不同之特殊物理 、化學與生物性質或現象，將分 子或原子組合而成新的奈米結構 ，並加以設計、製造成新的材料或元件，使它們產生全新的功能[1]。 磁性奈米顆粒的研究包含奈米科技與微磁學兩種領域 ，目前又存在於許多生物體及人類的生活中 ，如 蝴蝶 、蜜蜂等昆蟲能在地球磁場引導下辨識方向 ，擁有回歸之本領，人類也將奈米磁性微顆粒使用在 靶向藥劑 、腫瘤治療、細胞分離、核磁影像檢測等生醫應用方面，但是在過去幾年的研究裡 ，大多是 針對磁流體[2-4]於巨觀尺度下的磁學與不穩定現象做研究[5-8]，較少針對微尺度等級的液滴為樣本 ， 研究磁流體的受磁場影響而引發的水力不穩定現象 。 因此本研究開發出一套簡易的磁液滴操控系統 ，讓具有跨領域特性的磁流體於鐵磁性薄膜上並受到外 加磁場影響而分散成微米等級的次液滴 ，藉由改變外加磁場的大小 ，將磁液滴定位於不同尺寸的磁膜 上，亦可改變磁膜之設計使磁液滴有不同的排列方式 ；接著對實驗照片做快速傅立葉轉換的影像處 理，並由轉換後之倒晶格亮點而判斷液滴之排列是否具有規則週期性 ，規則性排列的磁液滴將對 於生 醫檢測晶片以及微型光學元件之製作頗有助益 。 貳、貳、 材料晶格 材料晶格 貳貳、、 材料晶格材料晶格 在我們的日常生活中 ，幾乎天天都能接觸到不同的晶體，例如廚房中的食鹽、自然界中的礦物岩石、 寒冷冬天飄下的雪花 、以及各種不同的金屬等，每個都與晶體有著密不可分的關係，而且還會直接或 間接的影響著人類從事的各項活動 。其中晶體表現出來的物理性質及其變化，如密度、硬度、光澤、 顏色等皆與其內在的晶體結構密切相關 ；所謂的晶體結構指的就是原子(或分子)在晶體內部的規則排 列，若將其中 任意一個原子當做固定之中心看待 ，在遵守一定的對稱原理，將其他在此原子周圍的原 子以週期性排列即形成晶體 。礦物或是人造晶體表現在外的物理性質、光學性質或電學性質等都直接 受到晶體內部原子排列變化的影響 ，因此即使是相同原子