磁性液體制造工藝探究論文

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摘要：簡單介紹了磁性液體的種類、性質、制作工藝及在當前的主要應用。

關鍵詞：磁性液體；應用；制造；超聲波

CharacterandApplicationsofMagnetsLiquids

Abstract：Inthispaper，theapplicationsandcharacteristicofmagnetsliquidisalsogiven．

Keywords：magnetsliquids；applications；manufacture；ultrasonicwave

1引言

磁性液體最初是1965年美國宇航局為了解決太空服頭盔轉動密封的技術難題而率先研制成功的。宇航員進入太空所穿宇航服的一個關鍵部位--頸部，必須用液體磁性材料制作。頸部是宇航帽與宇航服連接之處，既要讓宇航員的頭部能夠自由轉動，又要密封度高。如果密封不夠，宇航服里的氧氣泄漏，宇航員生命受到威脅。這個連接部位，若用固體物質顯然太硬，而一般液體物質密度不夠，惟有液體的納米磁性材料符合要求。

所謂磁性液體（MagneticLiquids），并非是指液態的磁性材料（物質處于液態的溫度都高于其居里溫度，所以目前還沒有液態的磁性材料），而是把用表面活性劑處理過的納米級超細磁性微粒高度分散于基液中形成的一種均勻膠體溶液。該溶液在重力和磁場作用下也不會出現凝聚和沉淀現象，具有固體的磁性和液體的流動性，因此具有許多獨特的性質，在電子、儀表、機械、化工、環境、醫療等行業領域都具有獨特而廣泛的應用。根據用途不同，可以選用不同基液的產品。

2磁性液體的分類

磁性液體按材料、超微粒的制作、分散方法等不同，分為以下幾類：

（1）鐵氧體型磁性液體主要以金屬氧化物作為磁性微粒，以水、碳氫化合物、礦物油、精制油、二酯基液、透平油氟醚油等為基液。

（2）金屬型磁性液體以金屬或合金作為微粒，按基液的不同分為非導體型和導體型。非導體型金屬磁液一般以甲苯或煤油為基液，導體型則以非磁性金屬膜（或合金膜）去覆蓋磁性金屬微粒。

（3）復合型磁性液體他是以普通磁性液體和非磁性微粒復合形成的一種新型磁性液體。

3磁性液體的性質

由于磁性液體同時具有磁性和流動性，因此具有許多獨特的磁學、流體力學、光學和聲學特性。

磁性液體表現為超順磁性，本征矯頑力為0，沒有剩磁；在外磁場下，磁性液體被磁化，滿足修正的伯努利方程。與常規伯努利方程相比，添加了一項磁性能，使磁性液體具有其他流體所沒有的、與磁性相關聯的新性質：例如磁性液體的表觀密度隨外磁場強度的增加而增大。

當光通過稀釋的磁性液體時，會產生光的雙折射效應與雙向色性現象。當磁性液體被磁化時，使相對于磁場方向具有光的各向異性，偏振光的電矢量平行于外磁場方向比垂直于外磁場方向吸收更多，具有更高的折射率。磁場有關，呈各向異性；磁性液體在交變場中具有磁導率頻散、磁粘滯性等現象。

4磁性液體的制作方法

（1）獲得磁性液體的基本條件

①顆粒尺寸應小于某一臨界尺寸，該臨界尺寸在10nm以下。

②顆粒在溶劑中應達到一定的表面活性化要求，從而即使在范德瓦爾斯等各種能量的作用下，也不發生凝聚。

（2）磁性液體的制作工藝

以磁性氧化物超微粒子的制作工藝為例

磁性氧化物化學穩定，容易制成粉末，用途廣泛。磁性液體用氧化物的粒徑絕大多數應分布在10nm以下。一般是以磁鐵礦等鐵氧體氧化物為主體，由金屬鹽類水溶液通過共沉淀法制成納米級超微粒。以磁鐵礦（Fe2O3·2Fe3O4）為例，就是在Fe2＋和Fe3＋的濃度比為1∶2的鐵鹽溶液中加入堿溶液，例如NaOH溶液，使其析出Fe2O3·2Fe3O4。在反應過程中，通過調整溶液溫度、鐵鹽濃度、堿的中和過剩量、反應時間等，可以對顆粒尺寸進行控制。

此外，下述方法也可獲得氧化物超微顆粒：

①將固相反應得到的鐵氧體在含有表面活性劑的油中進行長時間的球磨。

②使鐵氧體構成金屬的醇鹽，并把他溶于乙醇等溶劑中，加水分解獲得。

③利用等離子體、弧光等使金屬蒸發，在含有適量氧的稀薄氣體中凝聚獲得

5磁性液體的應用

（1）磁性液體原被稱為“磁流體”，也有稱為“磁液”的。磁性液體應用最廣泛的是磁性密封技術，尤其在要求真空、防塵、或封氣體等特殊環境中的動態密封最為適用。在高保真揚聲器、電機阻尼、磁性傳感器等方面磁性液體均具有獨特的應用。

磁性液體密封原理磁性液體旋轉軸動密封是一種非接觸式密封（即動件和靜件沒有直接接觸），其工作原理是：由環狀永磁體，導磁極靴和導磁轉軸構成閉合磁路，利用永磁體中的磁能，在轉軸與極靴極齒頂端的齒形間隙中產生強弱相間的非均勻磁場，將磁性液體緊緊吸住，形成磁性液體“O”型密封環，把間隙堵死，從而達到密封的目的。如圖1和圖2所示。

主要特點：

①無磨損，因為磁性液體具有液體的性質，并且由于基液具有潤滑性，所以還可起潤滑作用。

②密封度好，用于真空時可以達10～5Pa。

③無泄漏。

（2）磁性液體真空密封連接器是一種能夠在2個相對封閉的空間內提供相互的可靠旋轉連接的裝置。全系列的設計使其在多種場合得到廣泛應用，例如單晶硅爐、各類鍍膜設備、氣相沉積、液晶再生、半導體刻蝕系統等超高真空系統和設備。如圖3所示。磁性液體真空密封連接器組件根據各類常用真空設備使用的真空旋轉軸連接器技術參數設計制造，可直接替代相應的真空密封連接器使用，基本不需對原設備進行改造。

（3）磁性微粉是各類磁性器件的主要原料，現代通訊，信息等的發展使諸如電感等磁性器件向超微化方向發展，因而對磁性微粉這類材料的需求更為嚴格。

Fe3O4是目前使用極廣泛的磁性材料，如圖4所示，近年的研究對其在磁性紀錄等方面應用取得了不少突破，其納米化產品效能如吸波效應、催化作用等，人們也正在進行大量的試驗，應用前景十分廣闊。

主要技術指標：

平均粒徑：10～30nm晶型：γ形

（4）磁性液體阻尼器，磁性液體的表觀性質在磁場作用下會發生較大的改變，例如密度、粘滯性等，因為磁場的作用，磁性液體可以定位在一定區域內，磁性液體這些和磁性有關的獨特性質，可以利用磁性液體制作高性能的阻尼器件。他是由一個非磁性的慣性塊、一個安裝了磁性體的輪圈以及一定量的磁性液體組成。其基本原理就是在輪圈與非磁性慣性塊的間隙中注入磁性液體，利用磁性體的強力磁場作用，使磁性液體在非磁性慣性塊和磁性體之間形成一層磁性液體層，從而使該非磁性慣性塊懸浮在磁性液體層上。這樣就使磁性液體既具有了液體滑動軸承的功效，又由于磁場的作用而無泄漏之憂。同時磁性液體的粘性作用又產生了最佳的阻尼效果。在實際應用時將輪圈與步進電機的轉軸固定，當電機加速或減速時，由于非磁性慣性塊的慣性作用使其穩定時間大幅度地縮短，同樣也可抑制電機在其共振頻域的振幅。當電機勻速轉動時，由于輪圈和非磁性塊是同時回轉的，因此幾乎沒有能量損失。

（5）磁性液體軸承電機，現代硬盤技術的飛速發展，硬盤轉速的提高對電機性能提出了更高的要求，目前，希捷等專業硬盤廠商已經在其主流產品使用了磁性液體軸承電機來滿足硬盤驅動器高轉速、高穩定、低噪音的要求。

磁性液體軸承是利用被磁場固定在電機轉軸部位的磁性液體，旋轉時形成的液體膜使電機轉軸懸浮并自動定中，電機運轉時，電機軸與電機其他部件沒有直接接觸，這樣電機工作時的磨損小、噪音低，如使用了SoftSonicTMFDB（流體軸承）的SeagateBarracuda（r）ATAIV，其聲強僅為20dB，并且還是現在市場主流硬盤內部數據傳輸率最高的產品。

磁性液體軸承電機可以應用在多種需要高速穩定運轉的場合，例如激光打印機，轉速可以達到10000～30000rpm，噪音僅35dB左右。

6結語

此外，磁性液體還廣泛應用于電聲器件、選礦、工業廢液處理、熱交換、磁回路傳熱器、生物磁等方面，隨著對磁性液體理化性質的深入認識，以及對超微磁性粒子、穩定劑和載液的深入研究，穩定性更好、性能更高的實用化磁流體將不斷出現，并將在更多領域發揮重要作用。

參考文獻

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