第7章1磁性液体.ppt

7.1 磁性液体 7.1.1 磁性液体基本概念 磁性液体的组成和结构 7.1.2 磁性液体的基本特性 磁化特性 声、光特性 粘度、密度特性 界面特性 7.1.3 磁液的稳定性 范德瓦尔斯引力 磁力场及梯度磁场对磁液的影响 磁性流体粘度与外磁场的相互作用 磁性流体密度对磁化强度的影响 磁性流体遵从修正的伯努利方程 7.1.4 磁液分类 7.1.5 磁性液体的制备方法 球磨法 金属磁性液体的制备方法 等离子CVD法 蒸发冷凝法 氮化铁磁性液体的制备方法 氮化铁磁性液体的制备方法 7.1.6 磁性液体的应用 磁性液体的基本工作原理和应用范围 磁液密封 磁液扬声器 磁液选矿 广泛的应用前景 * * 磁性液体 本节讲述的主要内容： 7.1.1 磁性液体的基本概念 7.1.2 磁性液体的基本特性 7.1.3 磁性液体的稳定性 7.1.4 磁性液体的分类 7.1.5 磁性液体的制备方法 7.1.6 磁性液体的应用 磁液在重力和磁力作用下不会出现凝聚和沉淀现象 既具有固体的磁性，又具有液体的流动性 磁性微粒为单畴或近单畴，产生自发磁化 磁性微粒在基液中作布朗运动，故磁液显示超顺磁性 磁化时，磁化-退磁-磁化过程曲线显示 “S”型 磁性液体(Magnetic Liquids)是由纳米级的磁性颗粒，通过界面活性剂高度地分散、悬浮在载液中，形成稳定的胶体体系 超细磁性颗粒：Fe3O4、?-Fe2O3、Fe、Co、Ni、Fe-Co-Ni 合金、?-Fe3N及?-Fe4N等 表面活性剂：羧基、胺基、羟基、醛基、硫基等 载液：水、矿物油、酯类、有机硅油、氟醚油及水银等 磁性颗粒 表面活性剂 载液 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 1．物理特性 2．化学特性 3．流体力学特性 （1）磁化特性； （2）热效应 （3）声学特性 （4）光学特性 （5）粘度特性 （6）磁性液体的密度 （7）界面现象 （1）磁性液体的胶体稳定特性 （2）磁性液体的抗氧化特性 （3）界面活性剂与母液及磁性颗粒的化学匹配特性 （4）蒸发特性 固态磁体（a）和磁性液体（b）的磁化曲线 M H （b） M H （a） 无磁场时，磁液显示超顺磁性； 有磁场时，磁性颗粒同向排列，磁液显示磁性 磁化曲线：无剩磁、无矫顽力 声学特性： 超声波在磁性液体中的传播速度及衰减量与外加磁场强度有关,且在外磁场作用方向发生变化, 超声波在磁性液体中的传播显示各向异性。 光学特性： 在磁场作用下，磁液中的磁性微粒有序排列。光线通过几十微米厚的磁性液体薄膜，产生双折射现象。 尽管磁液是黑色的，但光线却可以通过 在外加磁场作用下，磁场能量转变为磁液压强增大，结果使原来沉浸在磁液中的高密度非磁性物体“漂浮”起来。 密度特性 粘度特性 粘度是指液体流动时表现出来的内摩擦力 外加磁场使磁性粒子取向排列，从而增加磁液流动的阻力，导致粘度增大 磁性液体的表面在外加磁场的作用下会产生变形。 当外加磁场垂直于磁性液体的表面时，磁性液体的表面出现无数的“针形磁花”。“针形磁花”的方向与磁力线的方向相同。 此时，磁场力、磁性液体的表面张力和重力平衡 磁液中磁性粒子存在相互聚集的吸引力，为了充分分散，必须减小微粒尺寸，使热振动能克服磁性引力。 磁性粒子靠近时的最大磁位能为： 为使磁液稳定存在，必须满足： 以Fe3O4作为分散质的磁性流体为例，设M=0.35T，求得粒径上限为10nm 粒子间的吸引力 范德瓦耳斯引力是分子间瞬间电偶极矩的相互作用力，它是粒子间普遍存在的短程相互作用力，随着分子间的距离加大，便迅速地减弱 ，可表示为： 振子平衡点间的距离 极化系数 普朗克常数 电荷分布的特征振动频率 重力场使磁性流体中的颗粒产生沉淀，使颗粒上稀下浓，浓度差又引起微粒由高浓度向低浓度方向扩散 因此，磁性颗粒处于重力和扩散力的动态平衡中 推导出磁性粒子浓度梯度为： 同理，在梯度为 dH/dZ的磁场中，浓度梯度为： 磁性流体通常都具有粘滞性，其粘度服从牛顿的内摩擦定律，它与流体中的颗粒数量和外磁场大小及方向有密切关系； 在有外加磁场时，磁流体的粘度可增加4倍； 液体流动方向与外加磁场方向平行时的粘度比垂直时大 ； 从流变特性分析，磁流体的粘度，从低到高可根据磁场的强弱加以控制 如果将磁性流体的密度作为变量，磁性流体的单位质量的磁化强度?可近似表示为： 分散微粒的磁化强度 溶剂的密度 分散微粒的密度 磁流体密度 与常规伯努利方程相比，多了一个负的磁能相 磁能项与其它每一项组合，都会产生新的流体现象 按照磁性颗粒的种类，大体可分为： 铁氧体磁性液体 金属磁性液体 氮化铁磁性液体 磁性颗粒：纳米级的铁氧体颗粒（Fe3O4、?-Fe2O3） 磁性颗粒：纳米级的金属颗