磁性液體的制備及應(yīng)用

磁性液體的制備及應(yīng)用

磁體是一種將納米鐵、金屬或鐵磁性氮化鐵等磁性顆粒均勻地分布在表面活性劑的高度和均勻分布中的膠體材料。不僅可以在一定的溫度范圍內(nèi)保持長(zhǎng)期的穩(wěn)定性，而且還具有高飽和磁化強(qiáng)度、大初始磁化率、低粘度系數(shù)、低蒸汽壓和良好的導(dǎo)熱性。1納米級(jí)鐵氧體及金屬粉磁性液體中超細(xì)微粉的尺寸應(yīng)小于10nm,目前大概有三類(lèi):一是納米級(jí)鐵氧體,如四氧化三鐵、鈷鐵氧體、錳鋅鐵氧體等;二是納米級(jí)金屬粉,如鐵、鈷等;三是納米級(jí)的氮化鐵磁性粉。1.1鐵氧化液體的制備制備鐵氧體型磁性液體先制備鐵氧體微粉,再將其表面活性化,使其均勻分散到基液中。1.1.1w/o型微乳液法制備鐵氧體納米粉方法很多高能機(jī)械球磨法化學(xué)共沉淀法是目前最普遍使用的方法之一,以Fe微乳液法是近年發(fā)展起來(lái)的一種制備鐵氧體微粉的方法,W/O型微乳液中的水核相當(dāng)于“微反應(yīng)器”,而且水核中的物質(zhì)反應(yīng)后形成的沉淀,能被表面活性劑所包裹,進(jìn)而阻止粒子的進(jìn)一步成長(zhǎng),從而易于得到單分散的超細(xì)粒子。王丁寧1.1.2固相基液法或微粉法鐵氧體型磁性液體的制備技術(shù)的核心就是使納米粉的表面活性化,從而它可以穩(wěn)定地分散在基液中。使鐵氧體磁性微粉達(dá)到一定的表面活性要求的方法有兩種,一是在表面吸附活性劑,采用這種方法時(shí),在選擇了所需的基液后,必須要正確選擇與基液相匹配的表面活性劑。常用的基液和與其相配的表面活性劑可見(jiàn)文獻(xiàn)近年來(lái),在鐵氧體微粉的分散方面,又出現(xiàn)了一些新工藝。DoinaBica等鐵氧體型磁性液體的制備工藝雖然簡(jiǎn)單,易于產(chǎn)業(yè)化,但由于鐵氧體本身的飽和磁化強(qiáng)度偏低,而且由于小尺寸效應(yīng)降低了鐵氧體納米粉的磁化強(qiáng)度,因此無(wú)論如何改進(jìn)工藝,所制成磁性液體的飽和磁化強(qiáng)度最大也只能達(dá)到70kA/m。為了得到飽和磁化強(qiáng)度更大的磁性液體,必須在磁性微粒的取材上作出改進(jìn),選取磁性更高的金屬和氮化鐵類(lèi)磁性材料。1.2納米顆粒制備制備金屬型磁性液體往往是在溶解有界面活性劑的溶劑油中,先制備納米顆粒,而后進(jìn)行分散操作。表1列出了金屬型磁性液體的制備方法和性能指標(biāo)。金屬型磁性液體的飽和磁化強(qiáng)度較高,但它們的氧化穩(wěn)定性較差。據(jù)報(bào)道,采用二步法的新工藝1.3氮化鐵型磁性液體的制備與鐵氧體型磁性液體相比,氮化鐵型磁性液體具有更高的飽和磁化強(qiáng)度,而與金屬型磁性液體相比,它具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性。氮化鐵型磁性液體的制備方法也是采用在含基液及表面活性劑的體系中生成納米粒,進(jìn)而分散形成磁性液體。制備氮化鐵型磁性液體的方法有很多種,現(xiàn)在常用氣相-液相法,其制備方法李海泓等1.4復(fù)合型磁性液體現(xiàn)在水基或油基的磁性液體已在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,為了開(kāi)闊應(yīng)用領(lǐng)域,有必要開(kāi)發(fā)出新型高性能磁性液體。如復(fù)合型磁性液體、導(dǎo)電性磁性液體以及磁性氣體等。復(fù)合型磁性液體是以普通磁性液體和非磁性顆粒復(fù)合形成的一種新型磁性液體。添加無(wú)水硫酸鈉調(diào)節(jié)水基磁液的粘度,添加稀土微粒提高磁液的飽和磁化強(qiáng)度,添加乙二醇降低磁液凝固溫度,添加染料配制成彩色的磁性液體。張茂潤(rùn)等采用電解沉積法的原理普通的磁性液體中,基液都是液體,如果使磁性微粒作為固氣混相流的固體粒子,則其狀態(tài)便有了磁性氣體的性質(zhì)2磁力控制作用磁性液體的應(yīng)用是依據(jù)其具有的特性和流體可被磁力控制、定位、定向、移動(dòng)與變形所產(chǎn)生的各種效應(yīng)。表2列出了磁性液體的性質(zhì)以及一些相應(yīng)的應(yīng)用。2.1工業(yè)應(yīng)用磁性液體在工業(yè)上主要用于機(jī)械部件的密封、軸承間的無(wú)摩擦潤(rùn)滑、超硬材料的精細(xì)研磨等諸多方面。2.1.1廣泛的應(yīng)用磁性液體密封是一種非接觸式密封,可以封氣、封水、封油、封塵等,廣泛用于工業(yè)中各種密封。經(jīng)過(guò)近30年的研究與開(kāi)發(fā),無(wú)論是從理論上還是從實(shí)際應(yīng)用上,磁性液體密封技術(shù)都趨于成熟,甚至對(duì)于轉(zhuǎn)軸和擺動(dòng)桿的真空動(dòng)密封目前已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的程度。張墩明2.1.2超硬材料的加工磁流體研磨技術(shù)是80年代由日本首先發(fā)展起來(lái)的,在超硬材料的超精加工中廣泛使用。常用于精細(xì)研磨的磁性液體,基液可以是水、礦物油、煤油等,微粒通常是四氧化三鐵、γ-三氧化二鐵和鐵氧體等。金沐吉2.1.3在納米液體培養(yǎng)基中,各分子對(duì)納米顆粒的磨損磁性液體是一種新型的潤(rùn)滑劑,由于磁性液體中的磁性顆粒很小,甚至比一般金屬表面的磨蝕還小,同時(shí)磁性顆粒受到有機(jī)分子的包裹,所以磁性液體對(duì)于物體的磨損極小。而且,通過(guò)外磁場(chǎng)作用,可以防止?jié)櫥瑒目p隙中流出,因此潤(rùn)滑劑基本上不需要補(bǔ)充,既降低了費(fèi)用,又減少了污染。磁性液體潤(rùn)滑劑可用于動(dòng)壓潤(rùn)滑軸頸軸承、推力軸承及兩表面相互接觸的任何復(fù)雜動(dòng)力機(jī)構(gòu)。2.2利用線的吸收利用利用鐵氧體型磁性液體中的磁性顆粒對(duì)X射線的吸收,可以用它代替硫酸鋇作為X射線造影劑,它在胃液中極少溶解,而且可以描繪細(xì)微病變和及時(shí)診斷胃癌,比硫酸鋇具有優(yōu)越性2.3從蛋白中分離出紅血球利用磁性液體的分離技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)生物活性物質(zhì)的提純,鑒別微量有機(jī)物、細(xì)胞和基因物質(zhì)。據(jù)有關(guān)報(bào)道,科學(xué)家們把煙草花葉病毒和煙草哮喘病毒分散在磁性液體中,通過(guò)施加適當(dāng)磁場(chǎng),成功地把生物群落如煙草花葉病毒和煙草哮喘病毒取向。采用高梯度磁分離技術(shù),從血液中成功地分離出紅血球。使磁性微粉的懸浮液與細(xì)菌細(xì)胞相粘結(jié),獲得比一般方法高得多的靈敏度,如利用酸性水基磁性液體可以富集肺結(jié)核菌。2.4其他應(yīng)用程序ChoY-S,ChoiG-SWakayama,NobukolNishizaki,AkihikoFox,JohnsJ.Philip3工業(yè)上的應(yīng)用磁性液體的應(yīng)用非常廣泛,因而它的制備技術(shù)和性質(zhì)研究都受到極大的關(guān)注。現(xiàn)在,日、美、西歐諸國(guó)均可批量生產(chǎn)性能穩(wěn)定的磁性液體,并在諸多工業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。在我國(guó),目前已能生產(chǎn)出飽和磁化強(qiáng)度