磁性液体的制备和应用探讨—大学毕业模板参考资料.doc

本文在介绍磁性液体概念的基础上，简要说明了磁性液体的组成、特性和 分类，并介绍了不同类型磁性液体的制备方法；在分析说明了磁性液体的工作 原理的同时，说明了磁性液体的应用领域，如密封、润滑,最后在注明磁性液体 发展现状的基础丄，结合科技发展前沿，讨论了磁性液体的应用前景关键词:磁性液体；制备方法；应用领域；应用前景ABSTRACTBased on the introduction of magnetic fluid on the basis of the concept, brief descriptions of the magnetic fluid composition, characteristics and classification, and describes the different types of preparation method of magnetic fluid; in the analysis of the working principle of magnetic liquid at the same time, the application of magnetic liquid, such as sealing, lubricating, finally indicate magnetic liquid based on the current situation, combined with the development of Frontier Science and technology, discusses the application prospect of magnetic fluid.Key words: Magnetic liquid; preparation method; application; application prospect ・弓丨言 I1磁性液体及制备方法 II1」磁性液体的概念 II1.2磁性液体的组成 II1.3磁性液体的分类 III1.4磁性液体的特性 IV1.5磁性液体的制备方法 V1.5.1化学共沉淀制备铁酸盐磁性液体 V1.5.1.1活性磁粒子的制备 VI1.5.1.2磁性液体的制备 VII1.5.1.3磁性液体参数的测定 VII1.5.1.4注意事项 IX1.5.2气相一液相法制备氮化铁磁性液体 X1.5.2.1反应机理及工艺过程 X1.5.2.2检测结果 XII1.5.2.3结果分析 XII1.5.2.4创新性改进 XIV2磁性液体的工作原理及应用 XV2」工作原理 XV2.2磁性液体的应用 XVI2.2.1工业丄的应用 XVI2.2.1.1磁性液体（动态）密封 XVI2.2.1.2磁性液体研磨 XVIII2.2.1.3磁性液体阻尼 XVIII221.4磁性液体润滑 XVTH2.2.1.5磁性液体在扬声器上的应用 XIX2.2.1.6磁性液体在分离技术方面的应用 XIX2.2.2磁性液体在医学上的应用 XX2.2.3生物学上的应用 XX2.2.4其他应用 XX3 发展现状及前景展望 XX3」磁性液体的发展现状 XX3.2未来趋势及展望 XXI结论 XXHT参考文献 XXIV磁性液体自从上世纪60年代中期问世以来，就以它成本低、能耗少、无污 染和适用范囤广等特点，一直受到人们广泛的关注。

H前磁性液体在各类科学 研究和工程技术部门都产生新的变革，它的应用已深入到电子、化工、能源、 冶金、仪表、环保、医疗卫生等许多方而，成为热门研发领域由于磁性液体技术含量高，制备工艺复杂，H前国际上对磁性液体的研究 非常活跃，如现在国内外正积极研制的金属系磁性液体，其磁性颗粒为铁(Fe)、 银(Ni)、钻(Co)等金属，合金及其氮化物近年来，磁性液体新的应用领域不 断被发现，新的应用技术也不断被提出，如磁性纳米微粒(磁性液体)在医疗JL 特别在防治肿瘤等领域中的应用己经成为一个研究热点由于磁性液体技术的 研究层次及其应用技术尚未成熟，使其应用领域的开拓受到了较人的限制，并 制约了该产业的形成与发展对从事该方面研究的学者还有许多艰巨的工作要 做H前我国社会各界对纳米磁性材料日益重视，在磁性液体技术的研究方面 已经取得了一些突破，在国内也形成了几家产业化生产厂家，但与发达国家的 应用水平以及磁性液体的潜在应用前景相比，还有很大的差距本文将对此行液体的制备方法进行介绍，同时在对其应用现状进行分析的 基础上，探讨其应用前景1磁性液体及制备方法磁性液体(Magnetic Liquids), 乂称磁流休(Magnetic Fluids)>铁磁性流体 (Ferromagnetic fluids)、磁性胶体(Magnetic Colloids),具有液态载体的流动性、 润滑性以及密封性。

它是由纳米级(10nm以下)的强磁性微粒高度弥散于某种液 体之中所形成的稳定的胶体体系通常强磁性微粒选用FqOs除此之外还可 以是铁和氮化铁磁性液体中的磁性微粒必须非常小，以致在基液中呈现紊乱 的布朗运动这种热运动足以抵消重力的沉降作用以及削弱粒子间电、磁相互 凝聚作用，不产生沉淀和凝聚1. 2磁性液体的组成磁性液体(magnetic fluid/Fciro fluid)的结构，是由单分子层(2nm)表面 活性剂(surfactant)包覆的、直径小于10nm的单畴磁性颗粒高度弥散于某种 载液(carrier liquid)1 P lfU形成的稳定T占I■液”两和胶体溶液如图1・1所示磁性液体的组成如下：图it磁性液体的组成⑴纳米级磁性颗粒磁性液体111的纳米磁性颗粒(magnetic particles),如纳米级金属氧化物(Fc3O4)及铁氧体［COFc2O4^ (Mn-Zn)Fc2O4等］、金属(铁、钻、鎳及其合金)或铁磁性氮化铁［FexN (2< x <8)］,这些磁性颗粒粒径非常小，以至于在液体中呈现岀紊乱的布朗运动，这种热运动足以能够抵消重力的沉降作用和削弱粒子 间的电磁凝聚作用，在重力和磁场力的作用下，始终稳定地分散在载液中，不 凝聚也不沉淀。

2) 表面活性剂和载液理想的表面活性剂，应该是那些永久地吸附在粒子界面丄的表面活性剂， 它的特殊功能在于它既能适应于一定的载液性质，又能适应于一定粒子的界而 要求这样的表面活性剂必须具有特殊的分子结构：一端有一个对磁性粒子界 面产生高度亲和力的钉扎功能团，也称为“头”；另一端还需要有一个极易分 散于某种载液中且有适为长度的弹性“尾”，在许多表面活性剂分子中，其“头” 和“尾”通过瞇键和钱键相连接不同载液的磁性液体要选用不同的表面活性 剂，恰为的表而活性剂能防止磁性颗粒的氧化、削弱静磁吸引力、克服范德瓦 耳斯力的颗粒聚集、改变磁性颗粒表面性质，使颗粒与载液浑成一体，在磁场 力的作用下整体移动载液的种类很多，根据磁性液体用途的不同，一般分为极性液体和非极性 液体，通常的载液有桂类、酯类、聚苯瞇类、氟化碳类、硅油类、液态金属(水 银、铢)、水、煤油等综上所述，对载液和纳米级磁性颗粒均具有钉扎作用的表面活性剂若选择 适半，既能对磁性颗粒进行单分子层的包覆，又能和载液浑成一体，从而使得 磁性液体既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性，是一种性能独特、 应用广泛的新型纳米液态功能材料它只有在外磁场作用下才显示出奇界特性, 理想的磁性液体磁滞凹线是一条过坐标原点的S形曲线，无磁滞现彖。

磁性液 体技术是一门涉及物理、化学、力学、流变学等多学科的交叉边缘学科，是材 料科学中的一支新秀1. 3磁性液体的分类磁性液体可以按磁性颗粒、载液、应用领域、性能指标进行分类，最常用 的是按磁性颗粒的种类进行的分类按磁性颗粒种类分为：(1) 铁酸盐系：磁流体的超微粒子是铁酸盐系列，如Fe3O4. Y -Fe2O3. MeFe2O4(Me=Co, Ni)等；(2) 金属系：磁流体的超微粒子选用Ni、Co> Fe等金属微粒及其合金(如inFc-Co, Ni-Fc)；(3) 氮化铁系：磁流体的超微粒子选用氮化铁，因其磁性较强，故可获得较 高的饱和磁化强度1.4磁性液体的特性根据磁性液体所选基液的不同，磁液的主要物理性质有所差别，并且同一 基液还可以适当调整其性能，通常其特性主要有：(1) 饱和磁化强度Ms饱和磁化强度Ms(单位为Gs或T)表示磁性液体在外加磁场的作用下可产生 的最强的磁性，一般为500〜3000Gs(0.05〜0.3T),但据有关资料，现在已经可 以达到近10000Gs(lT)的磁性液体，饱和磁化强度是磁性液体应用技术中最为 重要的一个技术指标2) 黏度n黏度n (单位为cP)表示磁性液体的流动性能，是流体力学和流变学的重要 参数，该指标会对磁性液体应用技术产生一定的影响。

3) 磁性颗粒直径D磁性颗粒直径D(单位为mn)表示磁性液体的磁性颗粒的粗细程度，是影响 四大效应(小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应)的根本 因索，也是影响磁性液体稳定性、饱和磁化强度、热力学性能等的重要因索4) 挥发损失量Vt挥发损失量V；单位为g / (cm2 • h),—般在80C H测量是磁性液体挥发性 的指标，与磁性液体的寿命、蒸气压有密切关系，主要由载体的性能决定除 以上指标外，还有密度、表面张力、导热系数、温度特性、频率特性、超导性 能、磁化率、耐蚀性、各相异性、磁共振性、磁性弛豫吋间、流体动力学性能、 流变学性能等指标，对不同的应用也是交叉起作用由于磁性微粒和基液浑成一体，从而使磁性液体既具有普通磁性材料的磁 性，同吋又具有液体的流动性，因此具有许多独特的诸如磁学、流体力学、光 学和声学性质1) 磁性液体表现为超顺磁性，本征矫顽力为零，没有剩磁；(2) 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人；(3) 在静磁场作用下，磁性颗粒将沿着外磁场方向形成一定有序排列的团链 簇，从而使得液体变为各向界性的介质。

当光波通过稀释的磁性液体吋(如同在 各向界性的晶体中传播一样)，会产生光的法拉第旋转、双折射效应、双向色性 等现彖卅磁性液体被磁化时，使相对于磁场方向具有光的齐向异性，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 此外，磁性液体在静磁场作用下，介电性质亦会呈现各向异性；(4) 超声波在磁性液体中传播吋，其速度及衰减与外磁场有关，呈各向异性;(5) 磁性液体在交变场中具有磁导率频散、磁粘滞性等现象这些有别于通常液体的奇异性质，为若干新颖的磁性器件的发展奠定了基 础1. 5磁性液体的制备方法上面说了磁性液体按所含纳米级磁性颗粒的种类，可分为铁酸盐系、金属 系、氮化铁系三类铁酸盐系磁性液体的磁性颗粒选W Fe3O4. Y -Fc2O3. Co、 Ni等，制备方法有粉碎法、化学共沉法和胶溶法等；金属系磁性液体制备方法 有CO拨基热分解法和真空蒸镀法；而氮化铁系磁性液体的制备方法有热分解 法、等离子CVD法、化学气相沉积法、气相一-液相反应法、等离子体活化法等以下主要介绍两种典型的制备方法1. 5.1化学共沉淀制备铁酸盐磁性液体铁酸盐系磁性液体的纳米磁性颗粒一般选用Fe304> Y-Fc203> Co、Ni等, 采用化学共沉法制备。

其反应式为：Fe2+ + 2Fe3+ + 8OH~^Fe3O4 +4比0将生成的FC3O4磁性颗粒吸附。