1、宜宾职业技术学院毕业论文题目：磁性液体的制备和应用探讨系 部 现 代 制 造 系 专 业 名 称 材 料 工 程 班 级 材 料 1092 姓 名 f af a a 学 号 指 导 教 师 2011年 9月 19 日宜宾职业技术学院I毕业论文选题报告姓名 性别 学号 系部 专业论文题目磁性液体的制备和应用探讨课题来源 教学 课题类别 论文选做本课题的原因及条件分析：磁性液体是一种新型的功能材料，从被开发以来就一直备受关注，但其制备工艺复杂，耗时长。而高性能磁性液体的制备难度大；成本高，制约开发应用，阻碍了磁性液体技术的发展。所以缩短制备磁性液体的流程，提高产率，扩大应用领域。是现在急需解决的课
2、题，希望查阅资料来找出研究的瓶颈，同时也希望在学习和研究本科目后，能更好的定位自己。内容和要求内容：1、磁性液体及制备方法2、工作原理和应用范围3、发展现状及发展前景4、结论要求：1、论文格式规范2、语言表达准确，概念清楚，论点正确3、力求采用数据、图、表分析与文字表达相结合，做到图文并茂指导教师意见（签章） 年 月 日系部毕业论文领导小组意见：（签章） 年 月 日宜宾职业技术学院II毕业论文成绩评定表（一）学生学号 学生姓名题目 磁性液体的制备和应用探讨指导教师评语指导教师评定成绩 总分 总分30%指导教师签字 年 月 日评阅教师评语评阅教师评定成绩 总分 总分30%评阅教师签字 年 月 日
3、宜宾职业技术学院III毕业论文成绩评定表（二）学生学号 学生姓名题 目 磁性液体的制备和应用探讨姓名 任新民 张云程 陈华容 王自敏 谢瑞兵答辩小组成员 职称 高级工程师 高级工程师 副教授 讲师 工程师评价内容 具 体 要 求 分值 评分报告内容 思路清晰；语言表达准确，概念清楚，论点正确；实验方法科学，分析归纳合理；结论严谨；论文结果有应用价值。 40答 辩 回答问题有理论根据，基本概念清楚。主要问题回答准确、有深度。 30创 新 对前人工作有改进或突破，或有独特见解。 10综合素质 能合理运用挂图、幻灯、投影或计算机多媒体等辅助手段，用普通话答辩。 10报告时间 符合要求。 10总分40
4、% 总分答辩小组评语：答辩小组组长签字：年 月 日 指导教师评定成绩评阅教师评定成绩答辩成绩毕业论文综合成绩 百分制 五级制毕业论文答辩委员会审定意见主任签字 年 月 日学院意见 年 月 日宜宾职业技术学院IV毕业论文答辩记录表学生姓名 学生学号题 目 磁性液体制备和应用探讨答辩小组成员姓 名 职称 工作单位 备注答辩中提出的主要问题及学生回答问题的简要情况：答辩小组代表签字：年 月 日摘 要本文在介绍磁性液体概念的基础上，简要说明了磁性液体的组成、特性和分类，并介绍了不同类型磁性液体的制备方法；在分析说明了磁性液体的工作原理的同时，说明了磁性液体的应用领域，如密封、润滑,最后在注明磁性液体发
5、展现状的基础上，结合科技发展前沿，讨论了磁性液体的应用前景。关键词:磁性液体；制备方法；应用领域；应用前景IABSTRACTBased on the introduction of magnetic fluid on the basis of the concept, brief descriptions of the magnetic fluid composition, characteristics and classification, and describes the different types of preparation method of magnetic fluid;
6、in the analysis of the working principle of magnetic liquid at the same time, the application of magnetic liquid, such as sealing, lubricating, finally indicate magnetic liquid based on the current situation, combined with the development of Frontier Science and technology, discusses the application
7、 prospect of magnetic fluid.Key words: Magnetic liquid; preparation method; application; application prospect.II.目 录引 言 11 磁性液体及制备方法 21.1 磁性液体的概念 21.2 磁性液体的组成 21.3 磁性液体的分类 31.4 磁性液体的特性 41.5 磁性液体的制备方法 51.5.1 化学共沉淀制备铁酸盐磁性液体 51.5.1.1 活性磁粒子的制备 61.5.1.2 磁性液体的制备 71.5.1.3 磁性液体参数的测定 71.5.1.4 注意事项 91.5.2 气相一
8、液相法制备氮化铁磁性液体 101.5.2.1 反应机理及工艺过程 101.5.2.2 检测结果 121.5.2.3 结果分析 121.5.2.4 创新性改进 142 磁性液体的工作原理及应用 152.1 工作原理 152.2 磁性液体的应用 162.2.1 工业上的应用 162.2.1.1 磁性液体（动态）密封 162.2.1.2 磁性液体研磨 182.2.1.3 磁性液体阻尼 182.2.1.4 磁性液体润滑 182.2.1.5 磁性液体在扬声器上的应用 19III2.2.1.6 磁性液体在分离技术方面的应用 192.2.2 磁性液体在医学上的应用 202.2.3 生物学上的应用 202.2
9、.4 其他应用 203 发展现状及前景展望 203.1 磁性液体的发展现状 203.2 未来趋势及展望 21结 论 23致 谢 24参考文献 25引 言磁性液体自从上世纪 6O 年代中期问世以来，就以它成本低、能耗少、无污染和适用范围广等特点，一直受到人们广泛的关注。目前磁性液体在各类科学研究和工程技术部门都产生新的变革，它的应用已深入到电子、化工、能源、冶金、仪表、环保、医疗卫生等许多方面，成为热门研发领域。由于磁性液体技术含量高，制备工艺复杂，目前国际上对磁性液体的研究非常活跃，如现在国内外正积极研制的金属系磁性液体，其磁性颗粒为铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)等金属，合金及其氮化物。近
10、年来，磁性液体新的应用领域不断被发现，新的应用技术也不断被提出，如磁性纳米微粒(磁性液体)在医疗上特别在防治肿瘤等领域中的应用已经成为一个研究热点。由于磁性液体技术的研究层次及其应用技术尚未成熟，使其应用领域的开拓受到了较大的限制，并制约了该产业的形成与发展。对从事该方面研究的学者还有许多艰巨的工作要做。目前我国社会各界对纳米磁性材料日益重视，在磁性液体技术的研究方面已经取得了一些突破，在国内也形成了几家产业化生产厂家，但与发达国家的应用水平以及磁性液体的潜在应用前景相比，还有很大的差距。本文将对此行液体的制备方法进行介绍,同时在对其应用现状进行分析的基础上,探讨其应用前景。I1 磁性液体及制
11、备方法1.1 磁性液体的概念磁性液体(Magnetic Liquids)，又称磁流体(Magnetic Fluids)、铁磁性流体(Ferromagnetic fluids)、磁性胶体(Magnetic Colloids)，具有液态载体的流动性、润滑性以及密封性。它是由纳米级(10nm 以下)的强磁性微粒高度弥散于某种液体之中所形成的稳定的胶体体系。通常强磁性微粒选用 Fe3O4，除此之外还可以是铁和氮化铁。磁性液体中的磁性微粒必须非常小，以致在基液中呈现紊乱的布朗运动。这种热运动足以抵消重力的沉降作用以及削弱粒子间电、磁相互凝聚作用，不产生沉淀和凝聚。1.2 磁性液体的组成磁性液体（magn
12、etic fluid/Ferro fluid）的结构，是由单分子层（ 2nm）表面活性剂（surfactant）包覆的、直径小于 10nm 的单畴磁性颗粒高度弥散于某种载液(carrier liquid)中而形成的稳定“固-液”两相胶体溶液。 如图 1-1 所示。磁性液体的组成如下：图 1-1 磁性液体的组成(1)纳米级磁性颗粒磁性液体中的纳米磁性颗粒（magnetic particles),如纳米级金属氧化物（Fe 3O4）及铁氧体COFe 2O4、（Mn-Zn)Fe 2O4 等、金属（铁、钴、镍及其合金）或铁磁性氮化铁Fe N（28),这些磁性颗粒粒径非常小，以至于在液体II中呈现出紊乱的
13、布朗运动，这种热运动足以能够抵消重力的沉降作用和削弱粒子间的电磁凝聚作用，在重力和磁场力的作用下，始终稳定地分散在载液中，不凝聚也不沉淀。(2)表面活性剂和载液理想的表面活性剂，应该是那些永久地吸附在粒子界面上的表面活性剂，它的特殊功能在于它既能适应于一定的载液性质，又能适应于一定粒子的界面要求。这样的表面活性剂必须具有特殊的分子结构：一端有一个对磁性粒子界面产生高度亲和力的钉扎功能团，也称为“头”；另一端还需要有一个极易分散于某种载液中且有适当长度的弹性“尾”，在许多表面活性剂分子中,其“头”和“尾”通过醚键和铵键相连接。不同载液的磁性液体要选用不同的表面活性剂，恰当的表面活性剂能防止磁性颗
14、粒的氧化、削弱静磁吸引力、克服范德瓦耳斯力的颗粒聚集、改变磁性颗粒表面性质，使颗粒与载液浑成一体，在磁场力的作用下整体移动。载液的种类很多，根据磁性液体用途的不同，一般分为极性液体和非极性液体，通常的载液有烃类、酯类、聚苯醚类、氟化碳类、硅油类、液态金属(水银、镓)、水、煤油等。综上所述，对载液和纳米级磁性颗粒均具有钉扎作用的表面活性剂若选择适当，既能对磁性颗粒进行单分子层的包覆，又能和载液浑成一体，从而使得磁性液体既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性，是一种性能独特、应用广泛的新型纳米液态功能材料。它只有在外磁场作用下才显示出奇异特性，理想的磁性液体磁滞回线是一条过坐标原点的 S 形曲
15、线，无磁滞现象。磁性液体技术是一门涉及物理、化学、力学、流变学等多学科的交叉边缘学科，是材料科学中的一支新秀。1.3 磁性液体的分类磁性液体可以按磁性颗粒、载液、应用领域、性能指标进行分类，最常用的是按磁性颗粒的种类进行的分类。按磁性颗粒种类分为：(1)铁酸盐系：磁流体的超微粒子是铁酸盐系列，如 Fe3O4、-Fe2O3、MeFe 2O4(Me=Co， Ni)等；(2)金属系：磁流体的超微粒子选用 Ni、Co、Fe 等金属微粒及其合金(如 IIIFe-Co，Ni-Fe) ；(3)氮化铁系：磁流体的超微粒子选用氮化铁，因其磁性较强，故可获得较高的饱和磁化强度。1.4 磁性液体的特性根据磁性液体所
16、选基液的不同，磁液的主要物理性质有所差别，并且同一基液还可以适当调整其性能，通常其特性主要有：(1)饱和磁化强度 Ms饱和磁化强度 Ms(单位为 Gs 或 T)表示磁性液体在外加磁场的作用下可产生的最强的磁性，一般为 5003000Gs(0.050.3T)，但据有关资料，现在已经可以达到近 10000Gs(1T)的磁性液体，饱和磁化强度是磁性液体应用技术中最为重要的一个技术指标。(2)黏度 黏度 (单位为 cP)表示磁性液体的流动性能，是流体力学和流变学的重要参数，该指标会对磁性液体应用技术产生一定的影响。(3)磁性颗粒直径 D磁性颗粒直径 D(单位为 nm)表示磁性液体的磁性颗粒的粗细程度，
17、是影响四大效应( 小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应)的根本因素，也是影响磁性液体稳定性、饱和磁化强度、热力学性能等的重要因素。(4)挥发损失量 Vt挥发损失量 Vt 单位为 g(cm 2h)，一般在 80下测量是磁性液体挥发性的指标，与磁性液体的寿命、蒸气压有密切关系，主要由载体的性能决定。除以上指标外，还有密度、表面张力、导热系数、温度特性、频率特性、超导性能、磁化率、耐蚀性、各相异性、磁共振性、磁性弛豫时间、流体动力学性能、流变学性能等指标，对不同的应用也是交叉起作用。由于磁性微粒和基液浑成一体，从而使磁性液体既具有普通磁性材料的磁性，同时又具有液体的流动性，因此具有许
18、多独特的诸如磁学、流体力学、光学和声学性质。(1)磁性液体表现为超顺磁性，本征矫顽力为零，没有剩磁；(2)在外磁场下，磁性液体被磁化，满足修正的伯努利方程，与常规伯努利IV方程相比，添加了一项磁性能，使磁性液体具有其它流体所没有的、与磁性相关联的新性质：例如磁性液体的表观密度随外磁场强度的增加而增大；(3)在静磁场作用下，磁性颗粒将沿着外磁场方向形成一定有序排列的团链簇，从而使得液体变为各向异性的介质。当光波通过稀释的磁性液体时(如同在各向异性的晶体中传播一样)，会产生光的法拉第旋转、双折射效应、双向色性等现象。当磁性液体被磁化时，使相对于磁场方向具有光的各向异性，偏振光的电矢量平行于外磁场方
19、向比垂直于外磁场方向吸收更多，具有更高的折射率。此外，磁性液体在静磁场作用下，介电性质亦会呈现各向异性；(4)超声波在磁性液体中传播时，其速度及衰减与外磁场有关，呈各向异性；(5)磁性液体在交变场中具有磁导率频散、磁粘滞性等现象。这些有别于通常液体的奇异性质，为若干新颖的磁性器件的发展奠定了基础。1.5 磁性液体的制备方法上面说了磁性液体按所含纳米级磁性颗粒的种类，可分为铁酸盐系、金属系、氮化铁系三类。铁酸盐系磁性液体的磁性颗粒选用 Fe3O4、-Fe2O3、Co 、Ni 等，制备方法有粉碎法、化学共沉法和胶溶法等；金属系磁性液体制备方法有 CO 羰基热分解法和真空蒸镀法；而氮化铁系磁性液体的
20、制备方法有热分解法、等离子 CVD 法、化学气相沉积法、气相一液相反应法、等离子体活化法等。以下主要介绍两种典型的制备方法。1.5.1 化学共沉淀制备铁酸盐磁性液体铁酸盐系磁性液体的纳米磁性颗粒一般选用 Fe304、-Fe 203、Co、Ni 等，采用化学共沉法制备。其反应式为: OHFeeF243328将生成的 Fe304 磁性颗粒吸附 C17H33C00-形成单分子层包覆的活性磁粒子，再将其根据需要分散在不同的载体中进行离心处理后即得到铁酸盐系磁性液体。采 用 化 学 共 沉 法 制 备 铁酸盐磁性液体， 其 工 艺 流 程 如 图 1-2 所 示 。V图 1-2 化学共沉淀法制备铁酸盐系
21、磁液工艺流程图1.5.1.1 活性磁粒子的制备(1)所 用 仪 器 。搅 拌 器 、 三 口 瓶 、 热 浴 锅 、 温 度 计 、 调 压 器 、 温 度 控 制 仪 、 磁 座 、 匀 浆机 、 离 心 机 、 红 外 干 燥 箱 等 。(2)活 性 磁 粒 子 的 制 备 。制 取 稳 定 磁 性 液 体 的 前 提 是 制 取 纯 度 高 、 磁 性 强 、 颗 粒 直 径 小 于 10nm的 活 性 磁 粒 子 ， 具 体 操 作 如 下 ： 将 2 价 铁 盐 (FeCl2 或 FeS04)与 3 价 铁 盐 FeCl3 或 Fe2(SO4)3按 物 质 的量 比 1:2 混 合
22、， 加 热 搅 拌 升 温 至 55 。 加 入 NaOH 溶 液 ， 其 物 质 的 量 比 为 9:1(Fe2+： Fe3+)， 温 度 为 55 ，加 热 搅 拌 ， 温 度 升 至 65 左 右 保 持 30min。 加 入 油 酸 钠 溶 液 ， 其 物 质 的 量 比 为 2:5(Fe2+： Fe3+)温 度 为 55 ， 一边 搅 拌 一 边 倒 入 三 口 瓶 ， 并 升 温 至 80 左 右 ， 此 时 若 停 止 搅 拌 ， 可 观 察 到黑 色 的 活 性 Fe3O4 磁 粒 子 生 成 ， 且 沉 淀 在 三 口 瓶 底 部 (即 分 层 )， 继 续 升 温 至90
23、并 保 持 30min 以 使 其 进 一 步 成 熟 。 用 5 的 盐 酸 调 pH 至 4 5。 磁 座 过 滤 ， 反 复 水 洗 多 次 ， 用 试 剂 (BaCl2 或 AgN03 溶 液 )检 查 ， 直 到无 SO42-或 C1-沉 淀 为 止 。 将 湿 的 Fe3O4 粒 子 移 至 表 面 皿 放 入 红 外 干 燥 箱 ， 烘 干 (其 温 度 不 得 超过 75 ， 以 防 自 燃 )即 制 得 活 性 磁 粒 子 (纳 米 磁 颗 粒 )。VI1.5.1.2 磁性液体的制备(1)油 基 磁 性 液 体 的 制 备将 干 燥 后 的 活 性 磁 粒 子 根 据 实 际
24、 应 用 需 要 ， 与 不 同 的 载 液 ， 例 如 煤 油 、环 己 烷 、 二 甲 苯 、 癸 烷 、 十 氢 化 萘 等 ， 按 比 例 混 合 ， 放 入 电 动 匀 浆 机 中 ， 以20000r min 的 转 速 搅 拌 30min， 即 形 成 油 基 磁 性 液 体 ， 再 将 其 倒 入 离 心 管 ，放 入 离 心 机 ， 以 4000r min 的 转 速 离 心 处 理 30min， 滤 除 沉 降 物 ， 即 得 到稳 定 的 油 基 磁 性 液 体 。(2)水 基 磁 性 液 体 的 制 备根 据 亲 油 性 活 性 磁 粒 子 的 特 点 经 过 第 二 种
25、 表 面 活 性 剂 处 理 ， 形 成 二 次 包覆 ， 使 亲 油 基 向 内 ， 亲 水 基 向 外 ， 即 可 形 成 水 溶 性 活 性 磁 粒 子 。 将 含 水50 的 活 性 磁 粒 子 滤 饼 根 据 实 际 需 要 与 十 二 烷 基 苯 磺 酸 钠 按 一 定 比 例 混 合 ，轻 轻 搅 拌 ， 装 入 高 速 匀 浆 机 内 分 散 30min， 再 离 心 处 理 30min， 滤 除 沉 降 物 ，即 可 制 得 稳 定 性 好 、 饱 和 磁 化 强 度 高 的 水 基 磁 性 液 体 。(3)二 酯 基 磁 性 液 体 的 制 备油 酸 包 覆 的 Fe304
26、 活 性 磁 粒 子 不 能 直 接 分 散 于 高 沸 点 的 二 元 酸 酯 中 ， 经过 第 二 种 表 面 活 性 剂 作 为 中 间 媒 介 ， 通 过 置 换 的 方 法 来 制 得 二 酯 基 磁 性 液 体 。用 普 通 蒸 馏 装 置 ， 称 取 Fe304 干 燥 活 性 磁 粒 子 20g， 加 入 30mL 环 己 烷 一 起放 入 匀 浆 瓶 内 ， 在 匀 浆 机 内 高 速 搅 拌 30min， 然 后 再 加 入 30mL 癸 乙 酸 二辛 酯 ， 放 入 匀 浆 瓶 内 高 速 搅 拌 30min， 最 后 将 所 得 溶 液 放 入 离 心 管 中 ， 经
27、高速 离 心 甩 出 不 溶 物 。 所 得 磁 液 移 至 蒸 馏 瓶 中 ， 通 过 减 压 蒸 馏 (78-81 )蒸 出环 已 烷 ， 即 得 二 酯 基 磁 性 液 体 。1.5.1.3 磁性液体参数的测定以 下 对 水 、 煤 油 、 间 二 甲 苯 、 十 氢 萘 、 二 酯 (癸 二 酸 二 辛 酯 )、 环 己 烷 等6 种 不 同 载 液 的 磁 性 液 体 进 行 了 各 项 参 数 的 测 量 。(1)密 度 (比 重 )的 测 定采 用 液 体 密 度 天 平 ， 进 行 相 对 密 度 测 量 。 首 先 对 天 平 进 行 调 零 ， 将 要 测试 的 磁 性 液
28、 体 放 入 量 筒 内 ， 将 测 锤 放 入 筒 内 的 磁 性 液 体 中 ， 横 梁 失 去 平 衡 ，不 断 加 放 骑 码 ， 使 天 平 重 新 平 衡 ， 得 到 骑 码 总 和 即 为 所 测 磁 性 液 体 的 密 度 ，具 体 实 验 结 果 见 表 1.1。VII表 1.1 磁 性 液 体 的 密 度载体 Fe3O4:溶剂(g:mL) 密度（gcm 3)水 27:34 1.2300煤油 50:70 1.1130间二甲苯 46:50 1.2800十氢萘 33:50 1.0570二酯 40:60 1.0588环已烷 40:60 1.1540(2)表 面 张 力 系 数 的
29、测 定采 用 扭 称 测 定 磁 性 液 体 的 表 面 张 力 系 数 。 通 过 测 量 微 小 力 来 测 表 面 张 力 ，利 用 作 图 法 粗 略 得 到 磁 性 液 体 的 表 面 张 力 系 数 ， 具 体 的 实 验 结 果 见 1.2。表 1.2 磁 性 液 体 的 表 面 张 力 系 数载体 Fe3O4:溶剂(g:mL) 表面张力系数（22） (10-5Ncm)10-3（10310-5Ncm)水 27:34 38.1煤油 50:70 32.9间二甲苯 46:50 35.0十氢萘 33:50 36.4二酯 40:60 37.1环已烷 40:60 30.6(3)饱 和 磁 化
30、 强 度 的 测 定采 用 CC-2 型 直 流 磁 性 测 量 装 置 测 定 磁 性 液 体 的 饱 和 磁 化 强 度 。 利 用 感应 原 理 进 行 测 量 ， 当 感 生 电 流 经 过 冲 击 检 流 器 时 ， 产 生 感 生 电 流 的 磁 感 应 强度 ， 即 测 得 在 固 定 磁 场 中 的 饱 和 磁 化 强 度 。 具 体 实 验 结 果 见 表 1.3。表 1.3 磁 性 液 体 的 磁 饱 和 强 度载体 Fe3O4:溶剂(g:mL) 饱和磁化强度10 -2T水 27:34 3.00煤油 50:70 2.00间二甲苯 46:50 2.00十氢萘 33:50 2.
31、00二酯 40:60 0.75环已烷 40:60 2.50VIII(4)黏 度 的 测 定采 用 NDJ-1 旋 转 黏 度 计 测 定 磁 性 液 体 的 黏 度 ， 根 据 液 体 的 黏 度 公 式 ：=(其 中 ， 为 转 动 格 数 ， 为 黏 度 系 数 )。 通 过 测 定 黏 度 系 数 来 测 定 磁 性液 体 的 黏 度 ， 其 测 量 结 果 见 表 1.4 所 示 。表 1.4 磁 性 液 体 的 黏 度载体 Fe3O4:溶剂(g:mL) 黏度 （ 23） pas水 27:34 1.10煤油 50:70 0.014间二甲苯 46:50 0.0145十氢萘 33:50 0
32、.0035二酯 40:60 0.164环已烷 40:60 1.5.1.4 注意事项磁性液体制备的最关键一步是制取磁性强、稳定性好，容易过滤的活性Fe304 纳米颗粒。通过大量的实验和多次的失败，我们感到要制备达到要求的活性 Fe304 纳米颗粒有几个重要的物理、化学参量，应当在以下范围内进行选取，它们对制备 Fe304 纳米颗粒具有重要参考价值。(1) 碱要适当过量在 2 价和 3 价铁盐溶液中加入稍过量的 NaOH 以使铁离子反应完全，能生成乌黑发亮的纳米磁粒子。否则，碱量少，溶液呈褐红色泥浆状，也不分层；碱太多，磁粒子虽黑，但产生泡沫太多，难下沉，pH 也不好调整。碱适当过量，pH 几乎不
33、用调整，实验证明，碱量过量为 625 125为好。(2) pH 要调得适当在反应过程中，保护溶液的 pH 适当是生成高质量的 Fe304 纳米颗粒的重要因素。pH 过大或过小都会使溶液浑浊，多泡沫，难分层，呈褐色泥浆状，极难过滤，但只要 pH 调得合适，上述现象均消失。实验证明，溶液 pH 为 45 时，可避免产生泡沫，且有黑色纳米颗粒的 Fe3O4 生成，停机观察，可看到油光闪亮的活性纳米磁颗粒。(3) 加料速度的影响制备活性磁粒子时，NaOH 应快速加入铁盐溶液中，并伴有高速搅拌，反应混合易呈现黑色，生成 Fe304 纳米颗粒；而在加入表面活性剂油酸钠时，则应IX缓慢加入，低速搅拌，使生成
34、的 Fe304 纳米颗粒都能均匀地包覆上一层油酸钠的单分子层，否则就不能制备质量好的纳米磁粒子。(4) 加料温度的影响要制备出好的活性纳米磁粒子，加入 NaOH 溶液和油酸钠的温度很重要。实验证明当加入物料的温度与三口瓶中溶液温度一致时，可加速反应生成。例如，加 NaOH 溶液温度应控制在 5560，而油酸钠溶液应控制在 6065。(5) 磁力过滤当制取的 Fe304 纳米颗粒比较细小时，极难过滤，在实践中我们制造了一个磁座，靠外界的磁力迅速使磁粒子沉淀，倾斜过滤，这样过滤既快又省水。(6) 性能指标实验室提供的水基、煤油基、间二甲苯和环已烷基磁性液体的密度、表面张力系数、黏度和饱和磁化强度等
35、参数基本达到国内同类产品指标，为磁性液体的开发应用奠定了基础。(7) 技术成熟程度在实验室小量制备铁酸盐系磁性液体(油基)已摸索出成本低的配料，掌握了新的工艺流程，可自给自足，也可少量售出。1.5.2 气相一液相法制备氮化铁磁性液体该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 90保温 60min,生成胺基羰基铁中间体,然后在 185高温下分解该中间体,可以得到氮化铁磁性液体。1.5.2.1 反应机理及工艺过程(1)反应机理前期反应阶段，温度控制在 90100，发生反应3535)()(NHCOFeCOFe后期反应阶段，温度控制在
36、 185200，发生反应 CONH2)()( 335 23 1086 NFeCFe当温度超过 100，期间还会发生副反应XCOFeCOe925)()(2331239ee)(12所以制备时要在前期反应结束后，将 Fe(CO)5气化逐出，以阻止副反应的发生。(2)工艺过程氮化铁磁性液体的制备工艺过程分 5 个阶段准备阶段将表面活性剂 PBSI 与溶剂按一定配比混合均匀，加适量无水 NaS04干燥，密闭静置 20h，作为预制液。用 Ar 气置换密闭反应系统内的空气后，将预制液和 Fe(CO)5按一定比例注入到反应器中。前期反应阶段实验装置如图 1-3 所示。加热反应器升温至 90，向反应器内通入一定
37、流量的 NH3气，恒温搅拌 60min 进行前期反应。反应生成的气体通过冷凝管之后排出。图 1-3 氮化铁磁性液体合成装置示意图1四口烧瓶;2电加热套;3恒压滴液漏斗;4真空表;5防倒吸导气管;6.滴液斗;7.温度计;8磁搅拌子XI升温阶段关闭 NH3 气，通人 Ar 气保护，继续加热升温，将前期反应中未反应的Fe(CO)5 气化蒸出，冷凝后储存在恒压滴液漏斗中。后期反应阶段温度升至 185后，保持该温度并继续搅拌 60min 进行后期反应。冷却阶段撤除加热器，当反应温度降至 140时，打开恒压滴液漏斗的活塞，使未反应的 Fe(CO)5 回到反应体系当中。当温度降至 90时，以步骤(2)(5)
38、作为一个循环，重复进行反应，直至 Fe(CO)5 全部反应。1.5.2.2 检测结果随着 Fe(CO)5 反应量的增加，饱和磁化强度也随之增加，当 Fe(CO)5 反应量达到 70g 时，饱和磁化强度接近 0.05T(浓缩前)，所以可通过增加 Fe(CO)5 反应量或者浓缩磁性液体的办法获得较高饱和磁化强度的磁性液体。1.5.2.3 结果分析饱和磁化强度(比磁化强度)是界定磁性液体的重要参数，因此在实验中应以此为指标摸索最佳工艺参数。(1) 反应温度的影响由表 1.5 可知，前期反应温度在 90时，比磁化强度最高。由表 1.6 可知后期反应温度在 180时，比磁化强度最高。表 1.5 前期反应
39、温度前期温度 Fe(CO)5 反应量 g 比磁化强度（cmug)70 10 1.2480 10 1.7190 10 2.49表 1.6 后期反应温度后期温度 Fe(CO)5 反应量 g 比磁化强度（cmug)150 20 0.46160 20 1.50170 20 3.55180 20 5.34(2) 反应时间的影响XII每次循环反应时间的长短直接决定磁性液体生成的效率，固定前期和后期的反应温度(90180)，实验结果从表 1.7 可以看出，在前后反应时间为60min 时，比磁化强度最高。表 1.7 反应时间前后期反应时间min Fe(CO)5 反应量 g 比饱和强度（cmug)15 25 4
40、.4030 25 6.3860 25 9.24(3)NH3流量的影响在反应过程中，为了使 Fe 晶核与 NH3形成大量的中间活化体，或者有更多的 NH3直接裂解生成氮化铁，一般采用过量的 NH3进行反应。这一点在表 1.8 中可得以证实。随着 NH3流量的增加，粒子产量和转化率也增加，但磁性颗粒也由单一的 -Fe xN 过渡到 -Fe xN 和 FexN 双相，Fe xN(235m/s 、温度80 、压力210MPa)。提高磁流体密封各项性能指标，加强研究机构和生产企业的合作 ,把各种不同种类和性能的磁流体密封推向实际应用。XVII(3)以各种新材料、新工艺研制出新的具有优异性能的磁流体，研制
41、新的磁流体密封装置，开拓新的研究领域，拓宽新的应用领域。2.2.1.2 磁性液体研磨磁性液体研磨随着精密机械的高性能化，对于构成精密机械的零件及电子零件、光学零件的几何精度要求越来越高。另外，对于各种超硬材料的精细加工也提出很高的要求。近年来采用磁性液体研磨对上述各种零件进行精加工达到了比较理想的地步，对高技术发展有着重要的意义。磁性液体研磨是在水或者油基磁性液体中混入粒度为数微米到数百微米的磨料，通过磁力作用使磨料强制研磨加工件的表面。加工在研磨过程中自身可以旋转，故不管加工面是平面还是曲面均能同时研磨。与通常的加工法相比，其效率提高 15 倍。例如，在磁性液体中加入 Cr203(粒度为 3
42、um)磨料，研磨1926 的 Ni3N4 滚柱，可获得 0.005um 的最小表面粗糙度，可用于精密滚柱轴承；又如加入粒度为 55um 的 SiC 磨料及采用不锈钢锥形二具研磨内径20mm 的长管内表面，可获得 0.28ummin 的最大去除速率；用粒度为 1um的 SiC 磨料 PVA 锥形工具，可获得 0.04um 的最小表面粗糙度；为了研磨细的弯管的内表面，用旋转球获得 20ummin 的去除速率，用振动球能达到足够的去除率。2.2.1.3 磁性液体阻尼磁性液体阻尼器主要用以加大振动阻尼、减小共振、改善频率特征等，其原理是当外面的非磁性壳体旋转速度有变化时，引起内部的磁极(包括磁铁)和外
43、部壳体的转动速度差，在外磁场的作用下，使具有一定黏度和饱和磁化强度的磁性液体产生剪切力，这一剪切力带动磁极转动，直到消除于外壳的转动速度差为止，从而减小了转动速度变化时的输出速度振荡。其特点是无机械磨损、低频小幅、外加磁场的大小可以控制阻尼的大小等，目前已在步进电机、伺服电机等领域广泛使用。影响磁性液体阻尼特性的因素或者说在设计磁性液体阻尼器时要考虑的主要是转动惯量和帕匹库常数。转动惯量 I=D432，帕匹库常数 B=SD2t，其中， 为磁极密度， 为磁极长度，D 为磁极直径， 为磁性液体的黏度，S 为磁性液体与磁极的接触面。XVIII2.2.1.4 磁性液体润滑磁性液体润滑是将纳米磁颗粒分散
44、到润滑油中来实现的，这里润滑油作为磁性液体的载液(常用的载液有双酯类和烷基奈类)。当磁性液体加入到摩擦副中时，由于内含的纳米颗粒尺寸比表面粗糙度小得多，不会引起摩擦副的磨损，而载液在摩擦副中可以起到与普通润滑油相同的润滑效果。除此以外，作为纳米颗粒的表面改性功能可以显著改善润滑油的悬浮稳定性，提高抗磨、减磨性能；作为磁性纳米颗粒还可以在磁场的作用下控制润滑位置，完全消除润滑剂的泄漏，使摩擦区的状态稳定；通过合理的磁场梯度设计，还可以增加磁悬浮力，提高轴承等的承载能力。磁性液体还具有很好的热传导性，在摩擦副产生的热量可以很快传出，从而可降低摩擦副的温度，改善润滑条件。近年来，磁性液体润滑已经有了
45、很多方面的应用，比如大型设备和高精度高转速转动轴的轴承的润滑、计算机硬盘驱动器轴的润滑、机器人和精密仪器关节的润滑、齿轮箱的传动齿轮的润滑等，这些都大大地提高了设备或部件的使用寿命。2.2.1.5 磁性液体在扬声器上的应用由于近代音响向高品质、高性能、数字化、微型化等方向发展，就要求提高扬声器的动态范围和最大声压水平，以满足音响系统高水平的需要，为此必须提高扬声器的输人功率。但输入功率的提高，会使音圈的温度相应上升，当超过允许值时，音圈产生热破坏。如果在扬声器空气隙内的音圈周围注入磁性液体不仅可以改善音圈的散热条件，还可以使音圈自动定位、提高扬声器的承受功率、改善频率响应、减少失真等。采用注入
46、磁性液体的高音扬声器、低音扬声器均己商品化。目前国际上正研制专业音响中的超低音扬声器和汽车音响用扬声器。2.2.1.6 磁性液体在分离技术方面的应用目前采用磁性液体已成功地用于比重法分离，其原理是把两种密度不同的、需要分离的非磁性材料放人磁性液体中，然后在外加磁场的作用下使磁性液体的密度为上述两种物质密度的平均值时，一种物质下沉，而另一种浮起，从而达到分离目的。日本研制的比重分选机已成功地将玻璃和陶瓷分离开；俄罗斯研制出成套砂、金磁性液体分选装置，其黄金采收率高达 98.6，处理时间缩XIX短了 13。根据磁性液体的悬浮特性，研制出的“磁性液体表观密度测试仪”(已获得发明专利) ，是通过测试磁
47、性液体的表观密度来研究磁场的空间分布和磁场梯度测量。2.2.2 磁性液体在医学上的应用利用铁氧体型磁性液体中的磁性颗粒对 X 射线的吸收，可以用它代替硫酸钡作为 X 射线造影剂，它在胃液中极少溶解，而且可以描绘细微病变和及时诊断胃癌，比硫酸钡具有优越性。目前国内研究集中在镁锌铁氧体和锰锌铁氧体上，用于牙齿治疗时 X 光摄影。利用磁性液体可以被磁场移动和定位，可以把磁性液体用作靶向给药的载体，减轻治疗药物对身体其他部位的影响。德国科学家就利用磁性液体作为辅剂，使抗癌药物借助磁液在磁场的作用下准确到达肿瘤所在位置，使药物准确地作用于病灶，提高疗效，减少药物用量，从而有效地减轻甚至避免化疗对人体的副
48、作用。目前这项实验已在动物身上取得成功。AJordan， RScholz 提出了一种新方法来治疗肿瘤。通过外界的交变磁场控制磁液位置，利用磁性液体的人工高热效应(MFH)选择性地加热病灶，将肿瘤细胞杀死，而其他位置则不吸收外界能量。这将是一种用来治疗神经肿瘤和前列腺肿瘤的方法。2.2.3 生物学上的应用利用磁性液体的分离技术，可以实现生物活性物质的提纯，鉴别微量有机物、细胞和基因物质。据有关报道，科学家们把烟草花叶病毒和烟草哮喘病毒分散在磁性液体中，通过施加适当磁场，成功地把生物群落如烟草花叶病毒和烟草哮喘病毒取向。采用高梯度磁分离技术，从血液中成功地分离出红血球。使磁性微粉的悬浮液与细菌细胞
49、相粘结，获得比一般方法高得多的灵敏度，如利用酸性水基磁性液体可以富集肺结核菌。2.2.4 其他应用除此之外，磁性液体还在许多领域有着广泛的应用前景。如：磁性液体印刷、磁性液体薄膜轴承、声纳系统、磁性药物、细胞磁性分离、磁性液体人工发热器、磁性液体涡轮发电、光学开关、磁性液体刹车等等。XX3 发展现状及前景展望3.1 磁性液体的发展现状磁性液体的发展按纳米级磁性颗粒被利用的时间顺序及特性可以分为 3 个阶段。20 世纪 60 年代初，第一代铁氧体磁性液体问世，60 年代初期，美国宇航局将其用于宇航服和宇宙飞船可动部分的真空密封材料以及在失重状态下液体泵的输送等方面。1965 年 S.S.Pappell 获得了世界上第一个具有实用意义的
