磁 性 液 体介绍.pptx

学号 913101510404 姓名 李慧芬,磁 性 液 体,目 录,1 磁性液体介绍,磁性液体(Magnetic Liquids)，又称磁流体(Magnetic Fluids)、铁磁性流体(Ferromagnetic fluids)、磁性胶体(Magnetic Colloids)它是由纳米级(一般小于10nm)的磁性颗粒(Fe3O4 ,γ- Fe2O3 ,Fe ,CO,N ,Fe-CO-N合金、a-Fe3N及γ-Fe4N等)，通过界面活性剂(梭基、胺基、轻基、醛基、硫基等)高度地分散、悬浮在载液(水、矿物油酒旨类、有机硅油、氟醚油及水银等)中，形成稳定的胶体体系即使在重力、离心力或强磁场的长期(5-8年)作用下，不仅纳米级的磁性颗粒不发生团聚现象，保持磁性能稳定，而且磁性液体的胶体也不被破坏这种胶体的磁性材料被称为磁性液体磁性液体它既具有一般软磁体的磁性，又具有液体的流动性磁性液体中的纳米级磁发达到饱和同时由于粒子内部的磁矩在热运动的影响下任意取向，粒子呈超顺磁状态，因此磁性液体也呈超顺磁状态。

一旦有外磁场的作用，分子磁矩立刻定向排列，对外显示磁性随着外磁场强度的增加，磁化强度也成正比的增加达到饱和磁化后，磁场再增加时，磁化强度也不再增加当外加磁场消失后，磁性颗粒立即退磁，几乎没有磁滞现象，其磁滞回线呈对称”S”型这种具有液体流动性的磁性材料才是真正的磁性液体磁性液体是1965年美国宇航局为解决太空人宇航服头盔转动密封问题由S.S.Pappel研究成功的在1965年获得世界上第一个具有实际应用的制备磁性液体的专利他是将磁铁矿粉、界面活性剂(油酸)和润滑油混合在一起，在球磨机中球磨，最后利用离心方法去掉大颗粒而研制成功的1966年，日本东北大学饭坂润三也研制成功，从此开始了磁性液体的广泛应用尤其是W. Ostwald等人利用化学反应也制取了具有一定磁性能的胶体不过这种磁性胶体或因为磁性颗粒的直径过大，或因为界面活性剂选择不当等原因，使得磁性胶体极不稳定，很难获得应用，因此也未获得足够的重视60年代美国和日本研制成功后，人们对磁性液体的特殊性能进行了广泛的探索和研究，并把它应用于科学实验和工业装置中美国60年代成立了磁性液体公司，专门从事磁性液体的应用研究苏联、英国、法国也相继开展磁性液体的技术研究。

中国于70年代开始磁性液体的研制及应用研究这种新型功能材料已在航天航空、冶金机械、化工环保、仪器仪表、医疗卫生、国防军工等领域获得广泛应用2 磁性液体的性质,磁性液体的特性是磁性颗粒、界面活性剂及载液性能的综合表征作为一种特殊的胶体体系，磁性液体同时兼有软磁性和流动性，因此它具有特殊的物理特性化学特性及流体特性 磁性液体最基本的性能是它集固体的磁性和液体的流动性于一体，单畴的磁性粒子能自发磁化至饱和，同时因粒子尺寸微小，再加上界面表面活性剂的影响，颗粒间的范德华力得以克服，在重力和颗粒间磁相互作用下，颗粒悬浮在载液中呈布朗运动，每个颗粒磁矩取向完全随机，表现出超顺磁性具有流动性的磁性液体，在外加磁场作用下，其磁化强度随外加磁场强度的增大而增大，而且无磁滞现象，矫顽力和剩磁均为零在外加磁场作用下，磁性液体的其它物理性质如粘滞性、流变性等也发生了显著的变化在外加磁场时，磁性液体中的磁颗粒按磁场方向排列，产生双折射现象和二向色性磁性液体的粘度随外加磁场的增大而增大，在磁场作用下，磁性液体表现出良好的流变性能，如在均匀横向磁场中磁性液体的流动状态为紊流结构，在旋转磁场中则表现为涡流状态利用磁性液体的这些特性，磁性液体可以应用于选矿冶金、磁密封、光传感器、磁光开关、新型扬声器、磁热交换装置、医疗等各个方面 。

中国造超导磁流体潜艇,由于磁性液体同时具有磁性和流动性，因此具有许多独特的磁学、流体力学、光学和声学特性磁性液体表现为超顺磁性，本征矫顽力为零，没有剩磁；在外磁场下，磁性液体被磁化，满足修正的伯努利方程与常规伯努利方程相比，添加了一项磁性能，使磁性液体具有其它流体所没有的、与磁性相关联的新性质：例如磁性液体的表观密度随外磁场强度的增加而增大；当光通过稀释的磁性液体时，会产生光的双折射效应与双向色性现象当磁性液体被磁化时，使相对于磁场方向具有光的各向异性，偏振光的电矢量平行于外磁场方向比垂直于外磁场方向吸收更多，具有更高的折射率；超声波在磁性液体中传播时，其速度及衰减与外磁场有关，呈各向异性；磁性液体在交变场中具有磁导率频散、磁粘滞性等现象3.磁性液体的应用,磁性液体的特殊性质开拓了许多新的应用领域，一些过去难以解决的工程技术问题，由于磁性液体的出现而迎刃而解下面简单地介绍几种磁性液体应用的原理 1.旋转轴动态密封 磁性液体旋转轴动态密封技术是磁性液体较成熟也是最重要的应用之一，现已广泛应用于X-射线转靶衍射仪、单晶炉、大功率激光器、计算机等精密仪器的转轴密封其结构原理见图1. 磁性液体在非均匀磁场中将聚集于磁场梯度最大处，因此利用外磁场可将磁性液体约束在密封部位形成磁性液体“O”型环，具有无泄露、无磨损、自润滑、寿命长等特点。

LOREM IPSUM DOLOR,LOREM IPSUM DOLOR,图1. 磁性液体密封原理,磁性液体密封技术目前重要用于真空、灰尘、气体的动态密封，封水等液体由于难度较大，实际应用的不多若能在封水、封油等方面取得突破，其应用领域将极为广阔，必将产生巨大的经济效益和社会效益我们认为可从以下方面开展工作：改进密封件结构，改善磁路设计，研制新型磁性液体2. 扬声器 将磁性液体注入扬声器的音圈气隙对音圈的运动起一定的阻尼作用，并能使音圈自动定位，同时音圈所产生的热量可以通过磁性液体耗散，因此加入磁性液体可以提高扬声器的承受功率，在同样结构条件下可使输入功率提高2倍，同时改善频率响应，提高保真度磁性液体用于金属膜扬声器性能更佳目前国内许多厂家生产磁性液体扬声器，生产线和磁性液体均从国外进口若能将磁性液体国产化，必将带来非常可观的收益3. 阻尼器件 利用磁性液体作为旋转与线性阻尼器，以阻尼不需要的系统振荡模式与一般阻尼介质相比优点在于可挤占籍助外磁场定位例如在步进马达中使用磁性液体阻尼来消除系统的振荡与共振，使马达精确定位另外在防振台中使用磁性液体阻尼（图2），可消除外界振动噪音的干扰，以确保精密仪器（天平，光学设备等）正常工作。

图2. 磁性液体阻尼器件,4. 选矿分离 利用磁性液体的表观比重随外磁场的变化而改变的特点，可用来筛选比重不同的非磁性矿物（图3）比重差别在10%左右的矿物可用此技术较好地分离，一般采用水基磁性液体，可重复使用图3. 磁性液体选矿分离示意图,5. 开关 图4为磁性液体无摩擦开关示意图水银和磁性液体装在一个不导电的容器中，利用外磁场改变水银在容器中的位置，来达到接通和断开电流的目的图5为不需动力的新型磁性液体离心开关示意图磁性液体密封在转轴上的非磁性容器中当转轴静止时，磁性液体位于容器下部，传感器检测不到它；当轴转动时，离心力使磁性液体分布于容器内壁，传感器检测到磁性液体并引发开关动作图4. 无摩擦开关,图5. 新型离心开关,6. 精密研磨和抛光 磁性液体研磨是利用磁性液体的浮力将微米级的磨料悬浮于液体表面，与待抛光的工件紧密接触不论工件的表面形状多么特殊，均可用此技术精密抛光另外还可用来研磨高级Si3N4陶瓷球（图6），效率比传统方法高40倍图6. 磁性液体研磨,7. 传感器 目前有两种商用磁性液体传感器：一种是在石油勘探工业中用来测量钻头的加速和倾斜（图7），另一种是在建筑工业中用来检测地下管道的倾斜（图8）。

图7. 磁性液体倾角计 图8. 倾斜传感器,8. 其它应用 除此以外，磁性液体还在许多领域有着广泛的应用前景如：磁性液体印刷、磁性液体薄膜轴承、声纳系统、磁性药物、细胞磁性分离、磁性液体人工发热器、磁性液体涡轮发电、光学开关，磁性液体刹车，等等4 磁性液体的发展趋势磁性液体作为一种先进的多功能材料，自从其问世以来就立即成材料研究的热点，并取得 了一系列的成果综合看了其发展趋势大致如下：(1) 磁性液体制备的研究：目前，国内外对磁性液体制备技术的研究普遍较广 ，但所做的工作大部分都是在经验地基础上，缺乏系统地理论指导，如纳米磁性微粒 的获得、表面活性剂的选择、磁性液体的生物相容性等方面的理论研究还有待深入如何制备出饱和磁化强度更高、物理和化学稳定性更好或可在特定环境下工作的磁性液体 ，简化磁性液体制备工艺 ，降低制备成本，是今后磁性液体发展的一个趋势2) 对磁性颗粒材料的研究：磁性液体的饱和磁化强 度是表征磁性液体性质的一个重要指标铁氧系磁性液体如 Fe，O 磁性液体的饱和磁化强度最高仅为 850Gs；金属系磁性液体如 N i、co 、Fe 以及 FeCo 和 NiFe 合金等，饱和磁化强度可达 1500G s，但即使是在惰性气体保护和加入抗氧剂的情况下也无法完全阻止其氧化 ；氮化铁系磁性液体相比较而言，饱和磁化强度高、化学稳定性强，但相对制备困难且成本高。

因此制备符合实际需要的磁性液体，进一步提高磁性液体饱和磁化强度，这是磁性液体应用范围日益广泛 的要求,(3 ) 磁性液体应用的研究：由于磁性液体和其他材料相比不可替代的优越性，磁性液体的出现 ，使许多科技难题迎刃而解如何完善拓展磁性液体应用依然是现在研究的热点(4) 磁性液体理论研究 ：近年来磁性液体的理论研究更是有与国民经济中重大综合项 目相结合，协同解决攻关难题的趋势，这需要多学科、多门类协调结合，逐渐发展成一门重要的交叉、复合学科The end,thank you!,。