簡(jiǎn)介磁性液體的應(yīng)用

1、磁性材料簡(jiǎn)介磁性材料的應(yīng)用應(yīng)用物理林亞南 1035006簡(jiǎn)介磁性液體的應(yīng)用院系：應(yīng)用物理系姓名：林亞南學(xué)號(hào)： 1035006一、定義：磁性液體又稱磁液、磁流體、磁性流體或鐵磁流體，是由強(qiáng)磁性粒子、基液以及界面活性劑三者混合而成的一種穩(wěn)定的膠狀溶液。該流體在靜態(tài)時(shí)無磁性吸引力，當(dāng)外加磁場(chǎng)作用時(shí)才表現(xiàn)出磁性，它既具有液體的流動(dòng)性又具有固體磁性材料的磁性，正因如此，它才在實(shí)際中有著廣泛的應(yīng)用，在理論上具有很高的學(xué)術(shù)價(jià)值。在電子儀表、機(jī)械、化工、環(huán)境、醫(yī)療等方面都具有獨(dú)特而廣泛的應(yīng)用，根據(jù)用途不同，可以選用不同的基液的產(chǎn)品。二、性質(zhì)：由于磁性液體同時(shí)具有磁性和流動(dòng)性，因此具有許多獨(dú)特的磁學(xué)、流體力學(xué)、

2、光學(xué)和聲學(xué)特性。磁性液體表現(xiàn)為超順磁性，本征矯頑力為零，沒有剩磁；在外磁場(chǎng)下，磁性液體被磁化，滿足修正的伯努利方程。與常規(guī)伯努利方程相比，添加了一項(xiàng)磁性能，使磁性液體具有其它流體所沒有的、與磁性相關(guān)聯(lián)的新性質(zhì)：例如磁性液體的表觀密度隨外磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增大；當(dāng)光通過稀釋的磁性液體時(shí)， 會(huì)產(chǎn)生光的雙折射效應(yīng)與雙向色性現(xiàn)象。 當(dāng)磁性液體被磁化時(shí)， 使相對(duì)于磁場(chǎng)方向具有光的各向異性， 偏振光的電矢量平行于外磁場(chǎng)方向比垂直于外磁場(chǎng)方向吸收更多，具有更高的折射率；超聲波在磁性液體中傳播時(shí)，其速度及衰減與外磁場(chǎng)有關(guān)，呈各向異性；磁性液體在交變場(chǎng)中具有磁導(dǎo)率頻散、磁粘滯性等現(xiàn)象。三、應(yīng)用：磁性液體的特殊性質(zhì)

3、開拓了許多新的應(yīng)用領(lǐng)域，一些過去難以解決的工程技術(shù)問題，由于磁性液體的出現(xiàn)而迎刃而解。下面簡(jiǎn)單地介紹幾種磁性液體應(yīng)用的原理。1. 旋轉(zhuǎn)軸動(dòng)態(tài)密封 磁性液體旋轉(zhuǎn)軸動(dòng)態(tài)密封技術(shù)是磁性液體較成熟也是最重要的應(yīng)用之一，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于 X-射線轉(zhuǎn)靶衍射儀、單晶爐、大功率激光器、計(jì)算機(jī)等精密儀器的轉(zhuǎn)軸密封。其結(jié)構(gòu)原理見圖 1. 磁性液體在非均勻磁場(chǎng)中將聚集于磁場(chǎng)梯度最大處，因此利用外磁場(chǎng)可將磁性液體約束在密封部位形成磁性液體“ O”型環(huán)，具有無泄露、無磨損、自潤(rùn)滑、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。目前在國外的精密儀器中，磁性液體密封部件作為一個(gè)整體出售，售價(jià)一般在兩、三千美圓，不單獨(dú)出售磁性液體。南京大學(xué)在磁性液體旋轉(zhuǎn)軸動(dòng)

4、態(tài)密封方面做了大量工作，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，擁有一項(xiàng)國家實(shí)用新型專利。在南京大學(xué)、南京師范大學(xué)、南京55 研究所等單位的儀器上使用我們的磁性液體密封技術(shù)，效果良好，真空度可達(dá) 10-6 t . 磁性液體密封技術(shù)目前重要用于真空、灰塵、氣體的動(dòng)態(tài)密封，封水等液體由于難度較大，實(shí)際應(yīng)用的不多。若能在封水、封油等方面取得突破，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)O為廣闊，必將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。我們認(rèn)為可從以下方面開展工作：改進(jìn)密封件結(jié)構(gòu)，改善磁路設(shè)計(jì)，研制新型磁性液體。2.揚(yáng)聲器將磁性液體注入揚(yáng)聲器的音圈氣隙對(duì)音圈的運(yùn)動(dòng)起一定的阻尼作用，并能使音圈自動(dòng)定位，同時(shí)音圈所產(chǎn)生的熱量可以通過磁性液體耗散，因此加入磁性液

5、體可以提高揚(yáng)聲器的承受功率，在同樣結(jié)構(gòu)條件下可使輸入功率提高2 倍，同時(shí)改善頻率響應(yīng)，提高保真度。磁性液體用于金屬膜揚(yáng)聲器性能更佳。目前國內(nèi)許多廠家生產(chǎn)磁性液體揚(yáng)聲器，生產(chǎn)線和磁性液體均從國外進(jìn)口。若能將磁性液體國產(chǎn)化，必將帶來非?？捎^的收益。3. 阻尼器件 利用磁性液體作為旋轉(zhuǎn)與線性阻尼器，以阻尼不需要的系統(tǒng)振蕩模式。與一般阻尼介質(zhì)相比優(yōu)點(diǎn)在于可擠占籍助外磁場(chǎng)定位。例如在步進(jìn)馬達(dá)中使用磁性液體阻尼來消除系統(tǒng)的振蕩與共振，使馬達(dá)精確定位。另外在防振臺(tái)中使用磁性液體阻尼（圖2），可消除外界振動(dòng)噪音的干擾，以確保精密儀器（天平，光學(xué)設(shè)備等）正常工作。4. 選礦分離 利用磁性液體的表觀比重隨外磁場(chǎng)的

6、變化而改變的特點(diǎn)，可用來篩選比重不同的非磁性礦物。比重差別在10%左右的礦物可用此技術(shù)較好地分離，一般采用水基磁性液體，可重復(fù)使用。5. 開關(guān) 下圖左為磁性液體無摩擦開關(guān)示意圖。 水銀和磁性液體裝在一個(gè)不導(dǎo)電的容器中，利用外磁場(chǎng)改變水銀在容器中的位置，來達(dá)到接通和斷開電流的目的。下圖右為不需動(dòng)力的新型磁性液體離心開關(guān)示意圖。磁性液體密封在轉(zhuǎn)軸上的非磁性容器中。當(dāng)轉(zhuǎn)軸靜止時(shí)，磁性液體位于容器下部，傳感器檢測(cè)不到它；當(dāng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，離心力使磁性液體分布于容器內(nèi)壁，傳感器檢測(cè)到磁性液體并引發(fā)開關(guān)動(dòng)作。6. 精密研磨和拋光 磁性液體研磨是利用磁性液體的浮力將微米級(jí)的磨料懸浮于液體表面，與待拋光的工件緊密接

7、觸。不論工件的表面形狀多么特殊，均可用此技術(shù)精密拋光。另外還可用來研磨高級(jí)Si3N4 陶瓷球（圖6），效率比傳統(tǒng)方法高 40 倍。7. 傳感器 目前有兩種商用磁性液體傳感器： 一種是在石油勘探工業(yè)中用來測(cè)量鉆頭的加速和傾斜 如圖左，另一種是在建筑工業(yè)中用來檢測(cè)地下管道的傾斜如圖右。8. 其它應(yīng)用 除此以外，磁性液體還在許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。如：磁性液體印刷、磁性液體薄膜軸承、聲納系統(tǒng)、磁性藥物、細(xì)胞磁性分離、磁性液體人工發(fā)熱器、磁性液體渦輪發(fā)電、光學(xué)開關(guān)，磁性液體剎車，等等。在匯報(bào) PPT過程中，因時(shí)間限制所以只簡(jiǎn)單介紹了磁性液體兩方面的應(yīng)用。四、總結(jié)：對(duì)于課上對(duì) PPT的講解表現(xiàn)欠佳感

8、到十分抱歉， 可能因?yàn)槠綍r(shí)缺乏這種鍛煉少了些在眾人面前講說的信心與勇氣， 而且從別人的表現(xiàn)也對(duì)比出了自己的匯報(bào)實(shí)在是缺乏豐富的內(nèi)容與精彩之處。 我很感謝能有這次接受教誨的機(jī)會(huì)， 無法回答出老師的提問讓我深刻意識(shí)到了自己準(zhǔn)備的匱乏和自己身上的不足之處，我會(huì)在以后的學(xué)習(xí)生活中加以改進(jìn)的。對(duì)于課上沒有回答出的問題在課下進(jìn)行了查詢和總結(jié)：超順磁性 ：如果磁性材料是一單疇顆粒的集合體，對(duì)于每一個(gè)顆粒而言，由于磁性原子或離子之間的交換作用很強(qiáng)，磁矩之間將平行取向，而且磁矩取向在由磁晶各向異性所決定的易磁化方向上，但是顆粒與顆粒之間由于易磁化方向不同，磁矩的取向也就不同?，F(xiàn)在，如果進(jìn)一步減小顆粒的尺寸即體積

9、，因?yàn)榭偟拇啪Ц飨虍愋阅苷扔贙1V，熱擾動(dòng)能正比于kT（K1 是磁晶各向異性常數(shù)， V 是顆粒體積， k 是玻爾茲曼常數(shù)，T 是樣品的絕對(duì)溫度） ，顆粒體積減小到某一數(shù)值時(shí)，熱擾動(dòng)能將與總的磁晶各向異性能相當(dāng)，這樣， 顆粒內(nèi)的磁矩方向就可能隨著時(shí)間的推移， 整體保持平行地在一個(gè)易磁化方向和另一個(gè)易磁化方向之間反復(fù)變化。從單疇顆粒集合體看，不同顆粒的磁矩取向每時(shí)每刻都在變換方向，這種磁性的特點(diǎn)和正常順磁性的情況很相似，但是也不盡相同。 因?yàn)樵谡ｍ槾朋w中， 每個(gè)原子或離子的磁矩只有幾個(gè)玻爾磁子，但是對(duì)于直徑5nm 的特定球形顆粒集合體而言，每個(gè)顆?？赡馨?000 個(gè)以上的原子，顆粒的總磁矩有可能大于10000個(gè)玻爾磁子。所以把單疇顆粒集合體的這種磁性稱為超順磁性。本征矯頑力 ：鐵磁性和亞鐵磁性物質(zhì)的飽和磁滯回線與橫坐標(biāo)交點(diǎn)的磁場(chǎng)值。反映物質(zhì)退磁的難易程度和剩磁狀態(tài)的穩(wěn)定性。磁滯 ： 鐵磁體在反復(fù)磁化的過程中，它的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化總是滯后于它的磁場(chǎng)強(qiáng)度，這種現(xiàn)象叫磁滯。 磁滯