纳米科技概论课件第八章.ppt

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1、纳米磁性液体（MagneticFluid）也叫磁性液体或铁磁性液体，是一种对磁场敏感、可流动的超顺磁液体磁性材料。磁性液体由磁性微粒、表面活性剂和载液三部分组成。与一般的溶液不同，磁性液体是一种固液相混的二相流体，是一种胶体溶液。一、磁性液体的组成图8-10磁性液体模型磁性微粒通常为磁铁矿（Fe3O4）、铁氧体及稀土合金等固体颗粒，近年来又研制出氮化铁磁性颗粒。一、磁性液体的组成1、磁性微粒因为保证磁性颗粒悬浮状态的驱动力是颗粒的布朗运动，而只有周围载液分子的随机碰撞，颗粒才会产生布朗运动。所以，磁性颗粒的尺寸一定要足够小，这样才能对分子的碰撞力作出响应。一、磁性液体的组成1、磁性微

2、粒因为保证磁性颗粒悬浮状态的驱动力是颗粒的布朗运动，而只有周围载液分子的随机碰撞，颗粒才会产生布朗运动。所以，磁性颗粒的尺寸一定要足够小，这样才能对分子的碰撞力作出响应。其次，无论在重力场还是磁场中，固相颗粒所具有的位能是与其体积成正比的，颗粒的体积越大，也就意味着位能越高，从而稳定性也差。一、磁性液体的组成1、磁性微粒因此，从产生布朗运动和稳定性两个方面来说，都要求磁性微粒的尺寸足够小，通常直径尺寸应低于100Å。磁性颗粒使磁性液体具有了和磁性材料相似的特性，目前常用的磁性微粒是四氧化三铁粉末。一、磁性液体的组成1、磁性微粒表面活性剂也叫分散剂，它将单个磁性微粒的表面包覆起来，使之

3、彼此分开，悬浮于载液中。一、磁性液体的组成2、表面活性剂由于磁性微粒为无机类固体微粒，不溶解或不易分散在载液中，因此，在磁性微粒和载液的两相(即固相与液相)之间应加入第三者，即表面活性剂。它既能吸附于固体微粒表面，又具有被载液溶剂化的分子结构。实验表明，表面活性剂是一种极性官能团结构，官能团的一端化学吸附于磁性微粒的表面上，另一端向外伸向载液中，当基液与官能团的外端具有相似结构时，它们就能很好地相互溶解。一、磁性液体的组成2、表面活性剂由于磁性微粒表面上包覆了薄薄的涂层，其官能团外部端带有同性电荷，当磁性微粒彼此接近时，相互排斥，不会因其相互吸引而发生凝聚或沉淀。一、磁性液体的组成2

4、、表面活性剂载液也叫基液，载液的选择，应以低蒸发速率、低粘度、高化学稳定性、耐高温和抗辐射为标准，但同时满足上述条件非常困难，因此往往根据磁性液体的用途来选择具有相应性能的载液。一、磁性液体的组成3、载液如：低温环境用磁性液体可选择硅酸酯载液；用于旋转轴密封的磁性液体，可选择耐高温、与水及一般机械用油不互溶的有机硅（硅油）载液。在磁性液体的基本组成中，表面活性剂与基载液均可从现有的物质中选用，因此，制备磁性液体的关键在于磁性粒子的制备。早期的磁性液体制备技术主要是以铁氧体为主，后来，为了满足不同应用的需求，人们又尝试开发了其它材料的磁性粒子。下面对铁氧体类磁性液体的制备技术加以简要介

5、绍。二、磁性液体的制备铁氧体类磁性液体的制备方法可以概括地分为物理方法与化学方法两大类，其中，物理方法主要是指机械研磨法，而化学方法则主要是化学共沉淀法。二、磁性液体的制备1、机械研磨法基本原理：将直径为0.1~0.2μm的铁氧体粉料与所选的基载液及表面活性剂混合，装入球磨机中，经长时间球磨（500~1000h），然后采用高速离心机离心分离20min，以除去直径＞250Å的粒子，从而得到性能稳定的磁性液体。特点：原理十分简单，但效率低下，且成本昂贵，加之材料的利用率很低，设备磨损十分严重，所获得磁性液体的杂质较多，因此很不实用。二、磁性液体的制备2、化学共沉淀法基本原理：1）将可溶性

6、的铁盐和亚铁盐以溶液的方式按照一定的配比混合，加入NaOH，用沉淀法合成Fe3O4粒子；2）接着，加入过量的表面活性剂油酸钠，并加热；部分油酸钠发生水解，生成油酸，并在Fe3O4粒子表面形成双分子吸附层；二、磁性液体的制备2、化学共沉淀法基本原理：3）然后，进行酸化处理，使双分子吸附层变成单分子吸附层，使Fe3O4粒子从水溶液中沉降分离；4）最后，清洗沉淀，除去钠盐，将其分散于相应的基载液中形成磁性液体。二、磁性液体的制备2、化学共沉淀法特点：原理简单，工艺连续，但产品纯化比较麻烦。二、磁性液体的制备磁性液体的物理特性是其应用的基础，作为一种新型磁性材料，它主要有以下一些特性：三、磁

7、性液体的特性1）磁特性作为一种液体磁性材料，磁性液体最重要、最具特色的物理性质就是它的磁化性能。在磁性液体胶体溶液中，由于通过表面活性剂而均匀分散在载液中的微小磁颗粒小到亚畴状态，其磁化矢量自发磁化至饱和。磁性液体的物理特性是其应用的基础，作为一种新型磁性材料，它主要有以下一些特性：三、磁性液体的特性1）磁特性但因粒子微小及涂覆表面活性剂后克服了范德瓦尔力，从而使其悬浮在载液中呈布朗运动，故粒子磁矩呈任意取向，与顺磁体的状态相同，即超顺磁性。一旦有外磁场的