磁性液體及其制造工藝

1、磁性液體及其制造工藝來源：砸金花 摘要：簡單介紹了磁性液體的種類、性質(zhì)、制作工藝及在當(dāng)前的主要應(yīng)用。關(guān)鍵詞：磁性液體；應(yīng)用；制造；超聲波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(zhuǎn)動(dòng)密封的技術(shù)難題而率先研制成功的。宇航員進(jìn)入太空所穿宇航服的一個(gè)關(guān)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(zhuǎn)動(dòng)，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(gè)連接部位，若用固體物質(zhì)顯然太硬，而一般液體物質(zhì)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（magnetic liquids），并非是指液態(tài)的磁性材料（物質(zhì)

2、處于液態(tài)的溫度都高于其居里溫度，所以目前還沒有液態(tài)的磁性材料），而是把用表面活性劑處理過的納米級超細(xì)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(huì)出現(xiàn)凝聚和沉淀現(xiàn)象，具有固體的磁性和液體的流動(dòng)性，因此具有許多獨(dú)特的性質(zhì)，在電子、儀表、機(jī)械、化工、環(huán)境、醫(yī)療等行業(yè)領(lǐng)域都具有獨(dú)特而廣泛的應(yīng)用。根據(jù)用途不同，可以選用不同基液的產(chǎn)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?xì)浠衔铩⒌V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

3、液的不同分為非導(dǎo)體型和導(dǎo)體型。非導(dǎo)體型金屬磁液一般以甲苯或煤油為基液，導(dǎo)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(fù)合型磁性液體他是以普通磁性液體和非磁性微粒復(fù)合形成的一種新型磁性液體。3磁性液體的性質(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)、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(guī)伯努利方程相比，添加了一項(xiàng)磁性能，使磁性液體具有其他流體所沒有的、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

4、現(xiàn)象。當(dāng)磁性液體被磁化時(shí)，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(guān)，呈各向異性；磁性液體在交變場中具有磁導(dǎo)率頻散、磁粘滯性等現(xiàn)象。4磁性液體的制作方法（1）獲得磁性液體的基本條件顆粒尺寸應(yīng)小于某一臨界尺寸，該臨界尺寸在10 nm以下。顆粒在溶劑中應(yīng)達(dá)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(fā)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(xué)穩(wěn)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(shù)應(yīng)分布在10 nm以下。一般是以磁鐵礦等鐵氧體氧化物為主體

5、，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12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(yīng)過程中，通過調(diào)整溶液溫度、鐵鹽濃度、堿的中和過剩量、反應(yīng)時(shí)間等，可以對顆粒尺寸進(jìn)行控制。 此外，下述方法也可獲得氧化物超微顆粒：將固相反應(yīng)得到的鐵氧體在含有表面活性劑的油中進(jìn)行長時(shí)間的球磨。使鐵氧體構(gòu)成金屬的醇鹽，并把他溶于乙醇等溶劑中，加水分解獲得。利用等離子體、弧光等使金屬蒸發(fā)，在含有適量氧的稀薄氣體中凝聚獲得5磁性液體的應(yīng)用（1）磁性液體原被稱為“磁流體”，也有稱為

6、“磁液”的。磁性液體應(yīng)用最廣泛的是磁性密封技術(shù)，尤其在要求真空、防塵、或封氣體等特殊環(huán)境中的動(dòng)態(tài)密封最為適用。在高保真揚(yáng)聲器、電機(jī)阻尼、磁性傳感器等方面磁性液體均具有獨(dú)特的應(yīng)用。磁性液體密封原理磁性液體旋轉(zhuǎn)軸動(dòng)密封是一種非接觸式密封（即動(dòng)件和靜件沒有直接接觸），其工作原理是：由環(huán)狀永磁體，導(dǎo)磁極靴和導(dǎo)磁轉(zhuǎn)軸構(gòu)成閉合磁路，利用永磁體中的磁能，在轉(zhuǎn)軸與極靴極齒頂端的齒形間隙中產(chǎn)生強(qiáng)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(huán)，把間隙堵死，從而達(dá)到密封的目的。如圖1和圖2所示。 主要特點(diǎn)：無磨損，因?yàn)榇判砸后w具有液體的性質(zhì)，并且由于基液具有潤滑性，所以還可起潤滑作用。密封度好，

7、用于真空時(shí)可以達(dá)105 pa。無泄漏。（2）磁性液體真空密封連接器是一種能夠在2個(gè)相對封閉的空間內(nèi)提供相互的可靠旋轉(zhuǎn)連接的裝置。全系列的設(shè)計(jì)使其在多種場合得到廣泛應(yīng)用，例如單晶硅爐、各類鍍膜設(shè)備、氣相沉積、液晶再生、半導(dǎo)體刻蝕系統(tǒng)等超高真空系統(tǒng)和設(shè)備。如圖3所示。磁性液體真空密封連接器組件根據(jù)各類常用真空設(shè)備使用的真空旋轉(zhuǎn)軸連接器技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)制造，可直接替代相應(yīng)的真空密封連接器使用，基本不需對原設(shè)備進(jìn)行改造。 （3）磁性微粉是各類磁性器件的主要原料，現(xiàn)代通訊，信息等的發(fā)展使諸如電感等磁性器件向超微化方向發(fā)展，因而對磁性微粉這類材料的需求更為嚴(yán)格。fe3o4是目前使用極廣泛的磁性材料，如圖4所示

8、，近年的研究對其在磁性紀(jì)錄等方面應(yīng)用取得了不少突破，其納米化產(chǎn)品效能如吸波效應(yīng)、催化作用等，人們也正在進(jìn)行大量的試驗(yàn)，應(yīng)用前景十分廣闊。 主要技術(shù)指標(biāo)： 平均粒徑：1030 nm晶型：形（4）磁性液體阻尼器，磁性液體的表觀性質(zhì)在磁場作用下會(huì)發(fā)生較大的改變，例如密度、粘滯性等，因?yàn)榇艌龅淖饔?，磁性液體可以定位在一定區(qū)域內(nèi)，磁性液體這些和磁性有關(guān)的獨(dú)特性質(zhì)，可以利用磁性液體制作高性能的阻尼器件。他是由一個(gè)非磁性的慣性塊、一個(gè)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(qiáng)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

9、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(dòng)軸承的功效，又由于磁場的作用而無泄漏之憂。同時(shí)磁性液體的粘性作用又產(chǎn)生了最佳的阻尼效果。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)將輪圈與步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸固定，當(dāng)電機(jī)加速或減速時(shí)，由于非磁性慣性塊的慣性作用使其穩(wěn)定時(shí)間大幅度地縮短，同樣也可抑制電機(jī)在其共振頻域的振幅。當(dāng)電機(jī)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于輪圈和非磁性塊是同時(shí)回轉(zhuǎn)的，因此幾乎沒有能量損失。 （5）磁性液體軸承電機(jī)，現(xiàn)代硬盤技術(shù)的飛速發(fā) 展，硬盤轉(zhuǎn)速的提高對電機(jī)性能提出了更高的要求，目前，希捷等專業(yè)硬盤廠商已經(jīng)在其主流產(chǎn)品使用了磁性液體軸承電機(jī)來滿足硬盤驅(qū)動(dòng)器高轉(zhuǎn)速、高穩(wěn)定、低噪音的要求。磁性液體軸承是利用被磁場固定在電機(jī)轉(zhuǎn)軸部位的磁性液體，旋轉(zhuǎn)時(shí)形成的液體膜使電機(jī)轉(zhuǎn)軸懸浮并自動(dòng)定中，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)軸與電機(jī)其他部件沒有直接接觸，這樣電機(jī)工作時(shí)的磨損小、噪音低，如使用了softsonictmfdb（流體軸承）的seagatebarracuda（r）ataiv，其聲強(qiáng)僅為20 db，并且還是現(xiàn)在市場主流硬盤內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率最高的產(chǎn)品。磁性液體軸承電機(jī)可以應(yīng)用在多種需要高速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的場合，例如激光打印機(jī)，轉(zhuǎn)速可以達(dá)到