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1、纳米磁性流体的特性与制备及其工业应用姓名：武青青 学号：10103089 班级：高材优 100 摘要： 从纳米材料的概念，进而引申到纳米磁性流体。介绍纳米磁性流体基 本组成概念，简单分类，磁化、光学、流变特性及其铁氧体型、金属型、氮化 体型磁液的制备方法。简述了纳米磁性流体在化工环保、医疗卫生、航天航空 方面的应用，并且对现状和未来的发展做了概括与展望。关键词：纳米磁性流体 特性 制备 工业应用:Starting with the concept of nanometer materials, then the paper turnsto Nano magnetic fluid. There
2、introduce the basic concept of nanometer magnetic fluid, simple classification, magnetic, optical, rheological properties and ferrite type, metal type, shape nitride magnetic fluid preparation methods. Nano magnetic fluid plays a important part in chemical environmental protection, medical and healt
3、h, aerospace applications. The article states the present situation and the future development.Keywords: Nano magnetic fluid characteristics preparation Industrial application目录1纳米磁性流体（1）1.1纳米磁性流体的分类（1）1.2纳米磁性流体的特性（1）1.2.1磁化性质（2）1.2.2光学性质（2）1.2.3流变性质（2）2纳米磁性流体的制备（2）2.1铁氧型磁液的制备（2）2.1.1机械研磨法（2）2.1.2化学
4、共沉淀法（2）2.2金属型磁液的制备（3）2.2.1真空蒸发法（3）2.2.2热解羰基化合物法（3）2.3氮化铁磁液的制备（3）2.3.1等离子制备法（3）2.3.2气相液相反应法（4）3纳米磁流体在工业中的应用（4）3.1化工发面的应用（4）3.1.1磁性液体分离（43.1.2磁性液体阻尼器（4）3.1.3环境保护（4）3.2医疗卫生方面（4）3.3航天航空方面（5）4对纳米磁流体未来的展望（5）参考文献（6）从20世纪70年代纳米颗粒材料问世，80年代中期实验室合成纳米块体材料， 到现在有20多年的历史。21世纪纳米材料在人们的生活中占据不可替代的作用， 但它的实际应用能力正待我们进一步挖
5、掘。先来介绍什么是纳米粒子呢？纳米粒 子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1lOOnm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体 交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微 观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型人介观系统，它具有表面效应、小尺寸 效应和宏观量子隧道效应。在拥有纳米材料各种优势的基础上，又出现新的材料 技术，就是纳米磁性流体。20世纪60年代，美国首先把磁性液体材料用于宇航服 密封材料，随后日本也对磁性液体的特殊性能进行广泛的探索和研究，并把它用 于科学试验和工业装置中。1纳米磁性流体纳米磁性液体是纳米铁磁性微粒在表面活性剂的包覆下，稳定地分散在液体 中而形成的一种胶
6、体体系。同时既具有固体磁性材料的磁性，又有液体的流动性。 它是由lOnm以下的纳米级的强磁性微粒高度弥散于某种液体中所形成的稳定的 胶体体系。磁性液体中的磁性微粒非常小，以致在基液中呈现混乱的布朗运动。 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的相互凝聚作用，在重 力和电磁场的作用下能稳定存在，不产生沉淀和凝聚。纳米磁性流体由基载液、磁性微粒和表面活性剂构成。图1.1纳米磁性流体组成1.1纳米磁性流体的分类迄今为止，对磁性液体还没有系统的分类方法，从行业角度有以下四种分类 方法。(1)按照磁性颗粒的种类进行划分。一般可以分为以下几类，即铁氧体磁 性液体、金属磁性液体、合金磁性液体、氮
7、化铁磁性液体以及掺杂磁性液体等。 (2)按照载液的种类进行划分。常见的有水基、烃基、有机化合物基、煤油基、 酯基和水银基磁性液体等。也可按分散剂种类划分，如油酸磁流体、丁二酸磁流 体和氟醚酸磁流体等，但此分类方法很少见。(3)按应用领域进行划分。常见的 有密封用磁流体、润滑用磁流体、医用磁流体、扬声器磁流体、印刷打印用磁流 体和能量转换用磁流体等。(4)按性能指标进行划分。一般可分为低粘度和高粘 度磁流体、低挥发损失和高挥发损失磁流体、高饱和磁化强度和低饱和磁化强度 磁流体、重磁流体和轻磁流体等。1.2纳米磁性流体的特性纳米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
8、的胶体体系，磁性液体同时具有软磁性和流动性。1.2.1 磁化性质胶态磁性液体中的磁性粒子，通常其直径约为10nm，当粒子表面吸附上一层 表面活性剂时，就成为一个稳定的具有磁性的胶态粒子。在没有外磁场作用的情 况下，磁性粒子作无规则的热运动，微粒的磁矩无规则分布，因而整个磁性液体 系统的总磁矩为零，并不表现出对磁性物体的吸引能力。当有外加磁场作用时，图1.2 磁化曲线磁性液体显示出磁感应特性，能被吸引到磁 场强度的方向。图1.2为磁性液体的磁化曲 线。磁感应强度随外加磁场的增加而近似线 性的迅速提高，以后增大的速率缓慢，最终 达到饱和磁感应强度。外加磁场消失，磁性 液体立即退磁，几乎没有磁滞现象
9、，磁性液 体的磁化曲线为对称的S形，表现为超顺磁 性。因而该磁性液体具有较低的磁滞损耗， 具备了优良软磁材料的基本要求。1.2.2光学性质 磁性液体是黑色的，但光线却可以通过。光线通过磁性液体薄膜，还会出现 二色性现象和衍射现象，且相对于磁场方向表现出各向异性。此外，超声波在磁 性液体中传播，其速度和衰减程度也和外加磁场有关，同时相对于磁场方向也表 现出各向异性。1.2.3流变性质 在外磁场的作用下，磁性液体内的总压力增大，其增大的程度与磁化强度和 磁场强度密切相关。磁性液体的粘度可以由外加磁场的强弱来控制随着磁场强 度的提高，磁性液体粘度可增大10倍以上。分析认为，这是因为外加磁场的作用 使
10、分散的磁性粒子流动阻力增加所致。2纳米磁性流体的制备磁性液体按磁性颗粒来分，主要分为铁氧体型、金属型和氮化铁型。由于铁 氧体型磁性液体具有很好的稳定性，其缺点是饱和磁化强度较低，限制了其应用 的范围。氮化铁型磁性液体既具有高饱和磁化强度，又有较好的磁稳定性，因而 成为研究者关注的热点。21铁氧体型磁液的制备2.1.1 机械研磨法 机械力作用下的分散通常被认为是简单的物理分散，主要是借助外界剪切力 或撞击力等机械能使粒子在介质中充分分散的一种形式。研磨法的优点在于它 对研磨的材料和基载液没有特别的要求，但该方法耗时长，效率低，且所得颗粒 粒径分布广。2.1.2 化学共沉淀法纳米磁性颗粒制备的基本
11、反应原理为：F尹 + 2F扌 * SOH- - F肉ON + HQ将稀释的FeCl：和FeCl,水溶液按摩尔比1： 2在70C时混合，加入过量的NaOH 水溶液使混合溶液的pH控制在10,以确保离子全部沉淀，同时加入适量表面活性 剂(如油酸)将生成的颗粒进行及时地包覆,并配合以连续搅拌,其目的是为了严 格控制颗粒长大,获得高度分散的沉淀产物。将水中的颗粒转移至适当的基载液 中便可得到Fe, 0。基磁性液体。2.2金属型磁液的制备图2.1真空蒸发法装置2.2.1真空蒸发法在真空或惰性气体保护的圆形容器内放入表 面活性剂与基载液,随着旋转容器的转动,混合 溶液贴附于转桶的内壁上形成一层液体薄膜,将
12、 铁、钴、镍或其合金置于旋转中心容器内,在2000 度甚至更高的温度下使其蒸发成气体状态,与桶 内壁的液体薄膜相接处,冷凝成超微粒子粒径一 般在2一10 nm,转桶通常以2 r / min的速率旋转, 金属粒子不断地溶解并分散于液体中,如此重复 便得到磁性液体。2.2.2热解羰基化合物法利用羰基化合物液体(如Fe(CO)、Ni(CO)等)，在一定的温度下蒸发，通过氩 气载带到混合器中与稀释气体充分混合进步稀释后进入热解器。羰基化合物蒸 汽在具有一定温度的基载液中热分解,形成的纳米颗粒被事先混入基载液中的表 面活性剂包覆,一步获得具有一定磁性的金属基磁性液体。2.3氮化铁型磁液的制备2.3.1等
13、离子体制备法采用图2.2所示的等离子体反应装置，此 装置主要由脉冲电极、助热系统、温控和冷却 器三部分组成。目的是对NH3和Fe(CO)5分子进 行充分活化，激励气液分子分解、电解成离子、 激发态原子和自由基等，以提高活化效果和促 进分解及重新组合。L 04Jicr pole 2 lori maicrjell 勺device 斗 #百inpu4 pipe 5 SiIeeltti cixcujm fluje-nfe 6 lemperaiure- sensor 1 iooi28Lii inner lu 8 ioniziion oulef jwfe 9 obstruct pipe Ld aiijir
14、rwif 印r山:若 LL 佃卩需1亡 Hale 12 RnQi, i l 图 i h卜.i .： i-.-图 2.2 等离子体反应装置2.3.2气相液相反应法方法的基本原理为在添加了胺基系表面活性剂的 煤油中导入氨气，同时将漏斗中的适量羰基铁放 入反应器中，加热反应器至90C保温60 min,生 成胺基羰基铁中间体，然后在185 oC高温下分解 该中间体，就可以得到氮化铁磁性液体。将上述 反应过程重复进行,直至漏斗中的Fe(CO)5全部反 应为止。图2.3 气相液相反应装置3纳米磁流体在工业中的应用3.1化工方面应用3.1.1 磁性液体分离利用磁性液体的表观比重随外磁场强度能发生变化的性质。制成磁性液体分 离器，用来分离不同比重的非磁性矿物质
