铁磁流体
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磁流体编辑磁流体,又称磁性液体、铁磁流体或磁液,是一种新型的功能材料,它既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性。
是由直径为纳米量级(10纳米以下)的磁性固体颗粒、基载液(也叫媒体)以及界面活性剂三者混合而成的一种稳定的胶状液体。
该流体在静态时无磁性吸引力,当外加磁场作用时,才表现出磁性,正因如此,它才在实际中有着广泛的应用,在理论上具有很高的学术价值。
用纳米金属及合金粉末生产的磁流体性能优异,可广泛应用于各种苛刻条件的磁性流体密封、减震、医疗器械、声音调节、光显示、磁流体选矿等领域。
目录1基本介绍2发展简史3制备方法4研究内容5研究方法6研究困境7实际应用磁流体发电磁流体密封1基本介绍磁流体作为一种特殊的功能材料,是把纳米数量级(10纳米左右)的磁性粒子包裹一层长链的表面活性剂,均匀的分散在基液中形成的一种均匀稳定的胶体溶液。
磁流体由纳米磁性颗粒、基液和表面活性剂组成。
一般常用的有、、Ni、Co等作为磁性颗粒,以水、有机溶剂、油等作为基液,以油酸等作为活磁流体静力学研究导电流体在磁场力作用于静平衡的问题;磁流体动力学研年伦德奎斯特首次探讨了利用磁场来保存等离子体的所谓磁约束问题,即磁流体静力学问题。
受控热核反应中的磁约束,就是利用这个原理来约束温度高达一亿度量级的等离子体。
然而,磁约束不易稳定,所以研究磁流体力学稳定性成为极重要的问题。
1951年,伦德奎斯特给出一个稳定性判据,这个课题的研究至今仍很活跃。
3制备方法磁流体制备方法主要有研磨法,解胶法,热分解法,放电法等。
(1)碾磨法。
即把磁性材料和活性剂、载液一起碾磨成极细的颗粒,然后用离心法或磁分离法将大颗粒分离出来,从而得到所需的磁流体。
这种方法是最直接的方法,但很难得到300nm以下颗粒直径的磁流体。
(2)解胶法。
是铁盐或亚铁盐在化学作用下产生Fe3O4或γ-Fe2O3,然后加分散剂和载体,并加以搅拌,使其磁性颗粒吸附其中,最后加热后将胶体和溶液分开,得到磁流体。
磁流體的原理磁流体的概念及其组成产品说明磁流体的概念及其组成:磁流体又称磁液或铁流体,是一种对磁场敏感可流动的液体磁性材料。
是由磁性纳米颗粒,经过特殊处理均匀分散到液体当中与其混合而成的一种固液相混的胶状液体。
它既具有液体的流动性,又具有磁性。
磁流体由三部分组成:磁性微粒、基液(也叫载液)、表面活性剂(也叫分散剂、稳定剂或表面涂层)。
产品名称:工作原理特性命名法安装注意事项产品说明一、磁流体密封技术的工作原理:磁流体密封技术是在磁流体的基础上发展起来的。
当磁流体注入到高性能的永久磁铁、导磁性能良好的极靴及主轴所构成的磁回路中时,由于磁极齿尖处磁场力最强,磁流体集中于齿尖处,在密封间隙内形成一系列液体“O”型密封环,将密封间隙充满而达到密封的效果。
如上图所示:试验表明,每级密封环一般可以承受0.15-0.25个大气压,总耐压能力近似为各级耐压能力之和。
真空用密封装置一般设计压力为2.5个大气压,完全能够满足真空密封的需要。
二、磁流体密封的特性:1、严密的密封性:包围着主轴的磁流体能够对空气、水气、烟雾等进行严密的稳定的动、静密封。
3、寿命长、可靠性高:因磁流体的基液是一种惰性、稳定、低蒸气压的二酯基有机材料,挥发量极低,可以说密封的寿命取决于支撑旋转轴的轴承的寿命。
4、无磨损:这种密封是非接触式密封(极靴和主轴不直接接触),无机械部件的接触和磨损。
5、无污染性:由于密封装置本身不存在机械磨损,磁流体饱和蒸气压极低,因而即使用在高真空状态下使用也不会产生污染。
6、低阻尼和高速旋转能力:磁流体极低的粘滞阻力和磁流体密封装置无需接触密封圈的结构,决定了它的稳定操作和高速转动。
三、磁流体密封传动装置命名法:轴类型:实心轴(S)、空心轴(K)、多轴(D)。
机座类型:法兰式(F)、套筒式(T)、悬臂式(X)。
冷却方式:无水冷(W)、带水冷(Z)。
负荷状态:普通负荷(P)、重负荷(Z)。
运动状态:旋转(略)、往复(W)。
太神奇了磁铁和磁流体的有趣实验
磁铁和磁流体是非常有趣的材料,它们具有吸引和排斥的特性。
下面是两个有趣的实验:
1. 磁性液体实验
首先,获取一瓶磁性液体(也叫磁流体),例如磁性汽油。
将磁性液体倒入一个透明的容器中,然后用一根磁铁靠近磁性液体。
你会发现,磁性液体开始靠近磁铁,形成一个拱形的形状,并随着磁铁的移动而移动。
它们还会像光线一样折射,并且在磁场中呈现出美丽的色彩。
这是因为磁铁磁场会影响到磁性液体中的小颗粒,使它们排列成链,从而形成有趣的形状。
2. 磁铁“飞”实验
取一个小铁块放在桌子上,然后用手将磁铁靠近铁块。
你会发现,铁块会被磁铁吸住。
然后,你可以用另一个磁铁将第一个磁铁吸住,从而将磁铁和铁块一起抬起来。
甚至可以将磁铁和铁块“飞”起来,只要你能够保持足够的距离和稳定性。
这是因为磁铁与铁块之间存在磁场,使它们相互作用,从而产生这种有趣的现象。
这些实验是快乐科学家和孩子们喜爱的实验,能够帮助我们更好地了解磁性材料,并为我们的科学探索提供有趣的可能。
铁磁流体(ferrofluid, ferrum拉丁语“铁”与fluid“流体”两词的混成词)是一种在磁场存在时强烈极化的液体。
铁磁流体由悬浮于载流体当中纳米数量级的铁磁微粒组成;其载流体通常为有机溶液或水。
铁磁微粒由表面活性剂包裹以防止其因范德华力和磁力作用而发生凝聚。
尽管被称为铁磁流体,但它们本身并不表现铁磁性。
这是因为在外部磁场不存在的情况下,铁磁流体无法保持磁性。
事实上,铁磁流体表现顺磁性,并且由于它们的高磁化率,通常被认为具有“超顺磁性”。
产生铁磁流体在实际当中很难,一般要求高温及电磁浮置等条件。
描述铁磁流体由显微镜可见的铁磁纳米微粒组成,通常源自磁铁矿、赤铁矿或者其他包含铁的混合物。
这些纳米微粒的典型大小为10纳米;在这个足够小的尺度上,热搅动可以使它们在载流体当中被均一地分散开,从而使它们对流体的整体磁性反应起作用。
这一作用方式类似于顺磁性水盐溶液(如硫酸铜或氯化锰水溶液)当中的离子作用使得溶液具有顺磁性。
真正的铁磁流体是稳定的。
这意味着固体微粒即使在极强的磁场当中也不发生凝聚或者分相。
然而,表面活性剂经过一定时间(若干年)会发生分解,导致纳米微粒最终凝聚并且分离出来,从而不再对流体的磁性反应起作用。
磁流变流体(MRF)是指类似于铁磁流体(FF)并于磁场存在下凝固的液体。
磁流变流体含有微米量级的微粒,大小比组成铁磁流体的微粒高1-3个数量级。
[编辑]正常场不稳定性铁磁流体处于由位于碟子下方的钕磁铁引起的磁场当中,表现出正常场不稳定性。
当一种顺磁性流体处于一段足够强的垂直磁场中时,其表面自然形成一种褶皱构型。
这一显著的效应被认为是具有正常场不稳定性。
褶皱的形成增加了流体的表面自由能和引力能,却减少了磁能。
褶皱只有在磁场强度高于临界磁场时才会形成,此时磁能的减少在数值上超过表面自由能和引力能的增加。
铁磁流体具有异常高的磁化系数,一块小条形磁铁即可达到其临界磁场并使其产生褶皱(见图)。
[编辑]常用铁磁流体表面活性剂铁磁流体中通常包含的表面活性剂如下(但不仅限于此):[编辑]应用铁磁流体处于一段强垂直磁场中。
Fe3O4铁磁流体的制备与粘度特性分析摘要磁流体又称磁液,是一种新型的功能材料,它既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性,是由直径为纳米量级的磁性固体颗粒、基液以及表面活性剂混合而成的一种胶状液体。
本文首先介绍了制备Fe3O4铁磁流体的实验方法,然后重点分析了铁磁流体粘度与固体磁性粒子体积份额、表面活性剂质量份额和温度之间的关系,得到了关系曲线。
关键词铁磁流体;制备;粘度0 引言磁流体,又称磁性液体、铁磁流体或磁液,是一种新型的功能材料,它既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性,是由直径为纳米量级的磁性固体颗粒、基液(也叫媒体)以及表面活性剂三者混合而成的一种胶状[1]液体。
该流体在静态时无磁性吸引力,当外加磁场作用时,才表现出磁性,在实际中有着广泛的应用,在理论上具有很高的学术价值,可广泛应用于磁流体密封、医疗器械、频率调节、减震[2]、磁流体探测等领域。
本文采用化学共沉淀法[3-4]制备了稳定的Fe3O4铁磁流体,对它的粘度特性进行了分析。
1 实验实验原理Fe3O4颗粒是磁流体制备的重要组成部分,采用化学共沉淀法在铁盐和亚铁盐溶液中加入氨水,可以制备出符合要求的Fe3O4颗粒,化学方程式为:FeCl2·4H20 + 2FeCl3·6H20 + 8NH3H20 = 24H20+ 8NH4C1 + Fe3041.2 实验方法第一步:按3:5的质量比称量8g FeCl2·4H2O-FeCl3·6H2O混合物,溶解在60ml水中,用玻璃棒反复搅拌,得到棕色溶液;第二步:用碱式滴定管将氨水以3ml/min的速度加入溶液中,观察形成Fe3O4颗粒,待其沉淀后放置于永磁铁上,以避免大颗粒的团聚[5];第三步:按体积比1:19配制成氨水-去离子水混合液,反复对Fe3O4颗粒进行洗涤,重复第二步,直到混合溶液的pH值在9.2~9.8,沉淀分离后得到Fe3O4颗粒沉淀物及溶液共约30ml;第四步:加入表面活性剂2.6g,超声波振荡约18min,取出未溶解的颗粒,重复几次后,将混合溶液静置冷却至室温,用超声波振荡5-8次后得到稳定的Fe3O4铁磁流体。
铁磁流体在机械传动中的应用研究传动技术一直是工程领域的重要研究方向,它对于机械设备的高效运行起着至关重要的作用。
近年来,铁磁流体的应用在机械传动领域受到了广泛关注和研究。
铁磁流体是一种由微米级磁性颗粒悬浮于稳定介质中形成的可控液体,它具有磁性和流体性的双重特性,因此在机械传动中有着极大的潜力。
首先,铁磁流体在液力传动中的应用已经取得了一系列的突破。
液力传动是一种通过液体介质来传递扭矩和能量的机械传动方式。
铁磁流体在液力变矩器和液力离合器中的应用可以实现精确、灵活的传动控制。
在液力变矩器中,铁磁流体可以通过外部磁场实现精确且实时的传动调节,从而提高传动效率。
在液力离合器中,铁磁流体可以迅速地启动和停止,使传动过程更加平稳和可靠。
这些应用有效地解决了传统液力传动中的一些问题,提高了机械设备的效率和可操作性。
其次,铁磁流体在电磁传动中的应用也取得了重要进展。
电磁传动是一种通过电磁力来传递扭矩和能量的机械传动方式。
铁磁流体在电磁离合器和电磁制动器中的应用可以实现高效、可靠的传动控制。
在电磁离合器中,铁磁流体可以通过调节电磁场的强度来实现灵活的传动调节,从而提高传动效率。
在电磁制动器中,铁磁流体可以迅速地转变为凝固状态,实现快速的制动动作,使传动过程更加安全和稳定。
这些应用为电磁传动领域带来了新的可能性,推动了传动技术的发展。
除了液力传动和电磁传动,铁磁流体在其他传动领域也有着广泛的应用前景。
在摩擦片材料中添加铁磁流体可以增加其磁性,提高摩擦片的摩擦性能。
在机械密封中使用铁磁流体可以实现自动调节密封力,提高机械密封的寿命和可靠性。
在传感器和执行器中应用铁磁流体可以实现高精度和高响应的传感与执行功能。
这些应用不仅扩展了铁磁流体的应用范围,也为机械传动的性能提升提供了新的途径。
然而,铁磁流体在机械传动中的应用也面临一些挑战。
首先,铁磁流体的制备和稳定性仍然是一个难题。
由于铁磁流体的微米级磁性颗粒很容易沉淀或聚集,因此对其制备和稳定性的研究尤为重要。
纳米铁磁流体的原理与应用一、纳米铁磁流体的概述纳米铁磁流体是一种由纳米级铁磁颗粒悬浮在液体介质中的复合材料。
该流体结合了铁磁固体和流体的特性,具有磁性可控、流动性好的优点。
纳米铁磁流体在磁性材料、生物医学、能源存储等领域具有广泛的应用前景。
二、纳米铁磁流体的制备方法纳米铁磁流体的制备主要有两种方法:化学合成和物理方法。
1. 化学合成法化学合成法主要包括共沉淀法、气相沉积法、热分解法等。
其中最常用的是共沉淀法。
该方法通过将金属盐和沉淀剂在适当的条件下反应,制备出纳米铁磁颗粒。
2. 物理方法物理方法主要包括高能球磨法、离子束溅射法、磁控溅射法等。
这些方法通过机械力、能量束等方式将固态铁磁材料制备成纳米颗粒,然后通过稳定液体介质将其悬浮成纳米铁磁流体。
三、纳米铁磁流体的原理纳米铁磁流体的磁性主要来自于其中的纳米铁磁颗粒。
这些颗粒具有较小的尺寸,使得其具有高顺磁性和超顺磁性。
当外加磁场作用于流体时,纳米铁磁颗粒会受到磁力的作用而聚集或排列,从而使纳米铁磁流体整体呈现出一定的磁性。
纳米铁磁流体在外加磁场的作用下,可以实现磁性的可控调节。
通过改变外加磁场的强度和方向,可以改变纳米铁磁颗粒的排列方式,进而调节纳米铁磁流体的磁性。
四、纳米铁磁流体的应用纳米铁磁流体具有磁性可控和流动性好的特点,因此在多个领域有重要的应用。
1. 磁性材料纳米铁磁流体在磁性材料方面具有广泛的应用。
它可以用于制备高性能磁性材料,如磁性传感器、磁性记录介质等。
此外,纳米铁磁流体还可以作为磁性流变体的介质,在电磁阻尼、振动控制等方面有着重要的作用。
2. 生物医学纳米铁磁流体在生物医学领域也有着广泛的应用。
它可以用于磁共振成像(MRI)、磁热治疗、靶向药物输送等。
通过将纳米铁磁流体注入体内,可以实现对疾病的早期诊断和治疗。
3. 能源存储纳米铁磁流体在能源存储方面也有潜在的应用。
由于纳米铁磁流体具有流动性好的特点,可以用于制备高效的涡旋电池、磁性悬浮储能器等。
磁流体的原理及应用概述磁流体,又称为磁流体悬浮液,是一种由微米级铁磁颗粒悬浮在稳定分散介质中的特殊液体。
磁流体具有独特的磁性和流动性质,使其在多个领域得到广泛的研究和应用。
本文将介绍磁流体的原理以及其在不同领域中的应用。
原理磁流体的原理基于磁性颗粒在外加磁场作用下的磁性行为。
磁流体中的铁磁颗粒具有自己的磁矩,当外加磁场施加在磁流体上时,颗粒的磁矩将重新排列,使得磁流体呈现出特殊的磁性行为。
磁流体的磁感应强度和磁导率等物理性质也会因施加的磁场强度和方向而发生变化。
应用领域磁流变变阻器磁流变变阻器是磁流体应用的一种重要形式。
它利用磁流体在外加磁场下的磁性行为来控制电流的通断。
磁流变变阻器被广泛应用在工业控制系统中,用于实现精确的电流调节和保护设备。
磁流变变阻器具有快速响应、高灵敏度和可控性强等特点,被认为是一种理想的电流调节器件。
磁流体减振器磁流体减振器利用磁流体的流动性质,通过控制磁流体的流动来实现振动的抑制。
磁流体减振器广泛应用于车辆悬挂系统、建筑物结构防震系统等领域,可以有效地减少振动对系统造成的影响和损害。
磁流体密封器磁流体密封器是一种特殊的密封装置,利用磁流体在外加磁场作用下的流动特性,实现对介质的封闭和控制。
磁流体密封器广泛应用于旋转设备的密封系统中,如泵、发电机等。
相比传统的机械密封器,磁流体密封器具有无泄漏、高可靠性和长寿命等优点。
磁流体润滑剂磁流体润滑剂利用磁流体的特殊性能,在摩擦表面形成一层润滑膜,减少摩擦和磨损。
磁流体润滑剂被广泛应用于高速机械设备、精密仪器等领域,可以显著地提高设备的工作效率和寿命。
总结磁流体作为一种具有特殊磁性和流动性质的液体,其原理基于铁磁颗粒在外加磁场下的磁性行为。
磁流体在磁流变变阻器、磁流体减振器、磁流体密封器和磁流体润滑剂等多个领域得到广泛的应用。
磁流体的应用不仅提高了设备的性能和效率,也为各行业的发展带来了巨大的推动力。
以上是对磁流体的原理及应用的简要介绍。
神奇的铁磁流体附详细工艺配方铁磁流体是一种神奇的材料,具有许多独特的性质和应用。
其最重要的特点是可以通过磁场控制流体的流动,这使得铁磁流体在机器人、航空航天、医疗器械等领域有着广泛的应用前景。
在本文中,我将详细介绍铁磁流体的制备工艺和配方。
1. 材料准备制备铁磁流体需要以下原材料:- 铁磁性粉末(如氧化铁等):作为铁磁流体的主要组成部分;- 有机溶剂(如二甲苯、甲苯等):用于稀释铁磁性粉末;- 表面活性剂(如十二烷基苯磺酸钠等):用于调节铁磁性粉末的表面电荷,防止颗粒沉淀;- 稳定剂(如聚乙烯醇等):用于调节流体的稠度和降低粘度。
2. 制备工艺以下是铁磁流体的制备工艺:(1)将铁磁性粉末加入有机溶剂中,并用超声波振荡器进行处理,达到颗粒均匀分散的效果。
(2)加入表面活性剂,调节颗粒表面电荷,使铁磁性粉末不易沉淀。
(3)加入稳定剂,调节流体的稠度和粘度,使其具有一定的流动性。
(4)通过磁场处理,使铁磁性粉末排列成一定方向,形成铁磁流体。
3. 配方优化铁磁流体的制备过程中,配方的优化对于流体的质量和性能具有决定性的影响。
以下是一些常见的配方优化方法:(1)改变铁磁性粉末的种类和含量,以调节流体的磁性能和稳定性。
(2)优化有机溶剂的种类和含量,以达到最佳的颗粒分散效果和稳定性。
(3)优化表面活性剂的种类和含量,以达到最佳的防沉淀效果和稳定性。
(4)优化稳定剂的种类和含量,以达到最佳的流动性和稠度。
4. 应用前景铁磁流体具有许多独特的应用前景。
以下是一些常见的应用场景:(1)机器人:可以用铁磁流体制造自主移动机器人,通过磁场操控机器人的运动。
(2)航空航天:由于铁磁流体在强磁场下可以形成柔性形态,因此可以用于制造太空望远镜和卫星部件。
(3)医疗器械:可以用铁磁流体制造纳米粒子,用于医疗诊断和治疗。
5. 结论铁磁流体是一种具有广泛应用前景的优秀材料,其制备工艺和配方对流体的质量和性能具有决定性的影响。
在未来的应用中,铁磁流体将继续发挥其独特的性质和优势,为人类创造更美好的生活。
Study of Preparation and Stability for Ferromagnetic FluidsLai Qiongyu, Lu Jizheng, Zhao Yefang, Song Dekuen(Chemical college of Sichuan University Chengdu 610064)Abstract The Fe3O4 magnetic powders of which the average size was 11nm had been prepared by the modified co-precipitation method. The products were characterized by XRD、 IR and TEM. The influences of surfactant amounts and magnetic fluid's concentrations on the stability of the magnetic fluids have been studied. In addition, the antioxidating and the antigathering for the magnetic fluids have been studied too.Key words ferromagnetic fluids, modified co-precipitating, carriers surfactant, stabilityO4磁粉,采用XRD、IR、TEM对产物进行表征。
研究摘要 本文采用改性共沉淀法制备出平均粒径为11nm的Fe3了表面活性剂用量和磁液浓度对磁液稳定性的影响。
另外,对磁粉的防氧化和抗团聚也进行了研究。
关键词 铁磁流体 共沉淀 载液 表面活性剂 稳定性铁磁流体的制备及稳定性研究赖琼钰 卢集政 赵叶访 宋德坤(四川大学化学学院 成都 610064)铁磁流体(简称磁流体)主要由粒径小于15nm超顺磁性磁粉、载液及表面活性剂3部分组成,这种胶状液体既有固体磁性材料的强磁性,又有液体的流动性。
由于具有交叉特性,所以这种液体磁性材料应满足的性能要求是:高的饱和磁化强度,在使用温度下有长期的稳定性,在重力和电磁力的作用下不沉淀,有好的流动性。
磁流体在现代技术中得到越来越广泛的应用。
如立体声音箱,磁密封,轴承和润滑,磁场传感器,磁光转换器,光纤连接,磁致冷,磁流体发电等[1,2]。
近年来,磁流体在医学上的应用日益受到人们关注,被称为“生物导弹”,在外磁场作用下,磁流体作为药物的载体可以在人体内靶向给药,对治疗肿瘤效果显著。
另外也用于X-射线或NMR诊断中的不透光材料[3]。
在诸多磁流体的制备中,共沉淀法是制超微磁粒子的一种用得较多且十分有效的方法,已有不少人对此进行过研究[4]。
在他人工作基础上,我们采用改性共沉淀法制备出了平均粒径为11nm的Fe3O4磁粉,并对其进行了物相、粒度和形貌的表征。
研究了单一表面活性剂和复配表面活性剂对磁流体稳定性的影响,研究了表面活性剂用量及磁粒子含量对磁液稳定性的影响,对Fe3O4微粒的防氧化与抗团聚也进行了研究。
1 实验部分1.1 试剂准备 按0.5mol/L3分别配制Fe2(NH4)2(SO4)2和FeNH4(SO4)2溶液,并按常规氧化还原滴定法标定其准确浓度。
试验中所用试剂均为分析纯,水为去离子高纯水。
1.1.1 按[Fe3+]:[Fe2+]=2:1摩尔比混合两种铁盐溶液,搅拌下加入一定量油酸和油酸钠混合液并将混合液升温至55°C。
1.1.2 配制6mol/dm3 NaOH溶液,搅拌下加入一定量油酸钠和烷基阴离子表面活性剂并将混合液升温至55°C。
1.2 FeO4纳米磁粉的制备 取100mL. 1.1.1混合液倒入100mL 1.1.2混合液中,搅拌均匀并将pH值调到9~10。
反3应时间约0.5h。
将反应液冷至室温,用稀HCl调pH至5~6,减压抽滤,用含表面活性剂的乙醇液洗涤,70°C真空(0.085MPa)烘干得乌黑发亮的样品待用。
1.3 磁流体的制备 在容器中加入水或油作为载液,加入一定量的NNO分散剂(亚甲基萘磺酸钠),按一定量固液百分比在400r/min搅拌速度下投入制备的样品粉末,得到均匀液体。
液体经离心机(4000r/min)分离处理后取其上层液体即得到稳定磁液。
1.4 样品测试 固体样品物相采用X-射线衍射仪分析(D/max-rA, CuKα, 40KV. 150mA, λ=0.1504nm)采用FT红外谱仪测IR谱(PE 16pc, 分辨率2cm-1 KBr压片),采用透射电子显微镜分析粒度和形貌(TEM-100CX型)。
磁液稳定性是通过测悬浮率进行评价的。
2 结果和讨论2.1 磁粒物相分析由样品的XRD谱图知各衍射峰位置和强度均与标准粉末衍射数据卡(ASTM 19-629)符合得很好,说明产物为Fe3O4立方单相粉末。
由各衍射线的密勒指数和相应的衍射角度计算出平均晶胞常数a为0.8350nm。
固体样品的IR谱图中两强吸收峰分别为586cm-1和434cm-1,应归属为位于氧密堆构成的八面体间隙和四面体间隙中Fe-O伸缩振动峰和弯曲振动峰。
与文献报导的Fe3O4块状样品的IR谱相比,两峰位稍向高频数移动,说明所制磁粉粒度很细。
2.2 磁粉的粒度分析由XRD谱图可以看出样品的各衍射峰形均宽化,测试各衍射峰半高宽β值(以弧度表示)和各衍射峰对应的衍射角θ,代入Scherrer公式,计算出平均粒径约为8.5nm。
图1为样品的TEM 照片(放大10万倍),由图1可知样品粒子外形基本为球形,颗粒较均匀,粒度分布较窄。
由TEM测出其平均粒径约为11nm。
在磁粉的制备中,我们采取了与一般共沉淀法不同的操作,一是先将表面活性剂加入Fe2+和Fe3+的混合溶液中,铁离子吸附表面活性剂而被包覆。
另一个不同的操作是将金属离子混合液倒入碱液中,一般操作是将碱液滴加入金属离子溶液中。
这样操作使瞬间金属离子周围碱液的局部浓度很大,形成大量产物核,这些核的表面被二次包覆,在表面活性剂的保护下,核的生长和颗粒的聚集受限,因而生成了纳米级均匀的磁粉。
2.3 磁粉氧化性Fe3O4中Fe2+很容易被氧化而产生弱磁性或非磁性的铁氧化物,这将降低样品的磁性能.为防止氧化应注意3点:一是制备磁粉时混合液的温度应适当(50~60°C),温度太高使微粒长大,这对制备稳定的磁液不利;温度太低易生成非磁性铁化合物。
另一点应注意的的是湿磁粉应真空干燥。
我们曾将常压烘干的样品进行XRD测试.结果发现有Fe2O3杂相出现。
乌黑发亮的样品变成棕色。
还有一点应值得提到的是,表面活性剂对粒子的抗氧化起到了明显的作用。
我们将有无表面活性剂包覆的磁粉于50°C常压烘干约1h后测XRD谱图,发现后者中Fe2O3杂相较前者多。
2.4 磁液稳定性分别按重量百分比5%,10%和15% 配成稳定的磁液,常温下放置2月不分层,十分稳定.经较长时间离心处理后有不同程度的固体沉降,吸走上层清液余下沉降物经洗涤,酸溶样后按常规化学方法测定总铁量。
由磁液中的总铁量与沉降物的总铁量之差与磁液中总铁量的百分比即为悬浮率.结果如图2所示。
由图2可知,磁液随表面活性剂用量的增加其离心悬浮率也逐渐增加。
即磁液稳定性增加。
当其用量达到一定值时,磁液稳定性增加缓慢,适当的表面活性剂用量为3.5 % ~5.0 % 。
2.5 磁粉抗团聚磁粉粒度极小,表面能大,加之溶液中氢氧根等离子的作用,极易产生团聚,这对进一步制备磁液是不利的。
在我们的实验中,固液分离时采用含表面活性剂的醇溶液洗涤固体,这对防止磁粒团聚有明显的作用。
3 结论3.1 采用改性共沉淀法可制备粒度均匀,粒径为11nm的单相Fe3O4纳米磁粉;3.2 在表面活性剂存在下可制得均匀的磁流体,经离心处理后得到更加稳定的磁液;3.3 磁液稳定性随磁粒子含量的增大而减弱;3.4 表面活性剂用量对磁液稳定性产生影响,对5%~15%磁液较合适的表面活性剂用量为3.5%~5.0%。
3.5 在含油酸钠,油酸及烷基阴离子表面活性剂的磁液中加入少量NNO分散剂能使磁液稳定性进一步提高。
3.6 为防止Fe3O4被氧化,反应液内应含表面活性剂且温度最好控制在50~60°C,湿磁粉最好采用真空干燥。
图1 样品的TEM照片(放大10万倍)图2 磁粒固含量及表面活性剂对磁液稳定性的影响□ 5% ▲ 10% · 15% × 15%(NNO)4 参考文献[1]《功能材料及其应用手册》编写组.《功能材料及应用手册》.北京:机械工业出版社,1991:152-161.[2] kitao Fujiwara et al. Magneto-optic fluorescence behavior of anthracene and its derivatives in a diluted magnetic fluid solution, Spactroscopy Letters, 1997, 30(6): 1135-1147.[3] shafi, K.V.P.M.,et al, The use of ultrasound radiation for the preparation of magnetic fluids, Thin Solid Films, 1998, 318:38-41.[4] 刘颖等.Fe3O4超细粉分散体系的制备,《功能材料》,1999,30(1):24-25.赖琼钰 女,55岁,副教授,主要从事无机非金属材料研究。
四川省应用基础研究基金资助项目(川教科[1998]19号)。