磁流体及其应用

《磁流体及其应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第6瑙冬第2期大连大学学报V.N.6年6月JRNLFDLNNVRTJn6磁流体及其应用李学慧安宏刘宗民,,,,(物理系大连1662)(大连理工大学化工学院大连l6()24摘要介绍了磁流体的组成、制备、物理特性及其国内外的主要应用.:;;关键词磁流体物理性质制备.中图分类号:036130引言aget,,磁性流体(Mnicnulds)简称磁流体或磁液它是由表面活性剂包贾的直径小于10nm的单畴磁性微粒均匀地分散在载体(基液)中形成的磁性胶体溶液.它既具有固体的磁性,一也具有液体的流动性,在重力和磁场力的作用下,不凝聚也不沉淀,始终

2、稳定地分散在载体中.磁性流体是一门涉及物理、化学、力学、流变学等学科的边缘学科,是材料科学中的一支新秀.,’,,1965年美国国家航空和宇宙航行局(NASA)首先研制成功磁流体ll七十年代后期美、日、苏和英等国的研究工作也迅速发展,美国还成立了“磁性流体公司”专门生产磁流.,.体并开发其应用从197年开始每三年定期召开一届磁流体国际会议「2}第匕届是1995年.,已经引起人们极大的兴趣和越来越广泛地1月在印度召开的由于磁流体奇特的性质,,,关注在国外已有市售商品国内也有20儿个单位在研制和生产磁流体「31并且在某些方面已得到实

3、际应用.1磁流体的组成,、磁流体由三种基本成份组成即磁性微粒表面活性剂和使这些磁性微粒悬浮的载体.(载液)磁性微粒,其直径小于10nm,尺寸上介于原子、分子和宏观固体之问〔`1.可供选择的e,。,,,,.磁性材料有下一F夕3Fe户NiC。FcFcC。和N正e合金等日前最常用的材料是,、、..3.e。eF0FciN及其合金用于开发新的领域磁流体一般每升含有l沪个颗粒粒子直径小能防止因地心力作用而聚集在一起,粒子体积的极限取决于构成粒子材料的磁化强度.34,,,e34eFO粒子的直径比纯铁粒子大三倍当磁流体的浓度为10%温度为20

4、℃时F0微粒.t’1直径极限约为10nl收稿日期:l卯5一09一.l9大连大学学报第6卷,,,表面活性剂在磁流体中作为分散剂它的功能在于既能适应于载体性质又能适应于,,,磁性微粒的界面这就要求表面活性剂分子具有化学极性其头部要吸附在磁性微粒上,,而尾「`71部必须和基液有亲和力(相容)这样每个磁性微粒都涂有一层长链分子膜其厚度为l一2nm,并且是单分子层.这层表面活性剂就象一个弹性垫子,使磁性微粒相互隔开,以防止磁性微粒因范得华力和磁力作用而聚集起来.最普遍的表面活性剂是油酸.`,,它使磁流体具有液体的性质.作为磁流体的载液应

5、满足低蒸载体亦称载液或基础液、,.1.1发速率低粘度和高度化学稳定性以及具有耐高温和抗辐照特性等载体溶液一般分为水基和油基两类,第一例成功的磁流体载体就是油基(煤油),一般情况下水、烃、氟化烃、双醋、聚苯醚均可做载体.它的选择取决于应用条件的性能要求.,综上所述将磁性粒子包覆一层表面,,活性剂后分散到相应的载体中就构成了磁流体,一般磁流体分为水基和油基两种,其形成过程如图1所示.磁性粒子用长碳链脂肪酸(例如油酸)处理,在磁性粒子表面通过化学吸附形成一层单分子包覆层,其亲水基向内,疏水。。。。基向外,就成为油溶性磁性微粒,再将其

6、分散到煤油等油基载体中就形成油基磁流体.水基磁流体,需将油榕性磁粒子用适当的表面活性剂再进行二次包覆,例如用非十二烷基苯磺酸钠通过物理吸附形成第二,,图l磁流体形成示意个包覆层使得疏水基向内亲水基向外1所示)就成为水溶性磁性粒子,.(图将其按着一定配比分散到水中就成为水基磁流体2磁流体的物理特性在外磁场作用下,磁流体具有明显的磁性和悬浮能力..21磁性,.,,磁流【51Il体中的磁性微粒如图2所示根据资料知升体积中含有沪个这样微小的铁磁单畴颗粒在无外磁场时,磁畴的磁矩各不相同,磁油酸分f性相互抵消,宏观上对外不显磁性.加外磁场

7、以后,自发磁,化方向逐渐和外磁场方向平行随着外磁场的不断增强其取向将沿磁场方向整齐排列,此时磁化达到饱和,其磁化,..曲线呈“S厅形矫顽力和剩磁为零磁流在一定的磁场中,体的磁化可以认为是固体微粒磁化的总和如果不考虑粒,子之间的相互作用磁流体的磁化强度可用下式’L’21:表示.l0叫图2粒子表面包覆一层M=足。-巴。二竺二卫上单分子膜示意图PZ一Pl第:2期李学慧等磁流体及其应用,,,式中:为磁流体的磁化强度M:为微粒的磁化强度p为磁流体的比重p:为载体的比,.:重p为微粒的比重,,,在磁场中随着外加磁场的不断增加上式的右端不可

8、能等于零即单位体积的分子磁,,,矩亦不可能等于零所以微粒必须沿磁场方向取向最后磁化达到饱和并且磁流体能够做到不受重力、压力、离心力的影响,而被磁场力吸引停留在任意位置或沿磁场方向移动..22悬浮能力,,罗森威格(Rosesnwe电)对磁流体性质的物理过程进行了描述提在均匀磁场