一种神奇的材料——纳米磁性液体的制备

专利名称：一种磁性液体的制备方法
专利类型：发明专利
发明人：段开,赖国聪,刘群,靳汇奇,刘彦辉,官荣青,谢宇申请号：CN201610336716.8
申请日：20160520
公开号：CN105869821A
公开日：
20160817
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提出了一种磁性液体的制备方法，方法为配制Fe3+和Fe2+的混合液；生成纳米级Fe3O4颗粒；油酸包覆Fe3O4纳米颗粒；清洗被油酸包覆的Fe3O4纳米颗粒；合成磁性液体。

本发明的优点是：磁性液体阻尼减振器在实验中所有频率上对悬臂梁的振动都具有减振作用，而且同一减振器在小于1 Hz的振动频率范围内减振效果最好;当使用饱和磁化强度为27．01kA/m的磁性液体时达到了最好的减振效果;该减振器对弹性悬臂梁的减振作用分别随着其中永磁体半径和永磁体孔半径的增大而增大，而且永磁体与外壳间有一最佳间隙，使其在其它参数相同时对悬臂梁的减振作用达到最大。

申请人：南昌航空大学
地址：330063 江西省南昌市丰和南大道696号
国籍：CN
代理机构：南昌洪达专利事务所
代理人：刘凌峰
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纳米磁液实验报告引言纳米技术是近年来的热门研究领域之一，其在材料学、医学、能源等领域都有广泛应用。

纳米磁液是一种由磁性颗粒组成的液体，具有优异的磁性能和可控的物理化学性质。

本实验旨在通过调控纳米磁液的粒径和浓度，研究其磁性能与物理化学性质之间的关系。

实验目的1. 制备纳米磁液并测定其粒径和浓度；2. 研究纳米磁液的磁性能与粒径、浓度的关系。

实验仪器和材料1. 磁性测量仪；2. 恒温恒湿槽；3. 恒温磁力搅拌仪；4. 高速离心机；5. 纳米磁性颗粒；6. 氯仿；7. 纯水。

实验步骤1. 制备纳米磁液1. 准备所需纳米磁性颗粒和氯仿溶液；2. 在恒温恒湿槽中将氯仿预热至60；3. 将一定量的纳米磁性颗粒加入预热的氯仿中，并使用恒温磁力搅拌仪将其搅拌均匀；4. 将搅拌后的液体冷却至室温，这样纳米磁液即制备完成。

2. 测定纳米磁液粒径1. 用高速离心机将制备好的纳米磁液进行离心，分离出上清液；2. 将上清液放入粒径测定仪中进行测定，并记录其粒径数据。

3. 测定纳米磁液浓度1. 取一定体积的纳米磁液，将其置于恒温恒湿槽中，使其温度稳定；2. 使用磁性测量仪来测定纳米磁液的磁性，得到其磁矩；3. 根据磁性测量仪的入射流量和出射流量的变化，计算出纳米磁液的浓度。

4. 研究纳米磁液磁性与粒径、浓度的关系1. 将制备好的纳米磁液分别放入不同直径的试管中；2. 使用磁性测量仪来测量纳米磁液的磁性，并记录其磁矩和磁场强度；3. 根据数据分析纳米磁液的磁性与粒径、浓度之间的关系。

实验结果与分析经过以上步骤的实验操作，我们获得了纳米磁液的粒径和浓度数据，并得到了纳米磁液的磁性数据。

通过对数据的分析，我们可以发现纳米磁液的粒径越小，其磁矩也越小；纳米磁液的浓度越高，其颗粒之间的磁耦合也越强，磁矩也随之增加。

这说明纳米磁液的物理化学性质在一定程度上受到粒径和浓度的影响。

结论通过本实验，我们成功制备了纳米磁液，并获得了其粒径和浓度数据。

1. 学习磁性纳米液的制备方法；2. 掌握磁性纳米液的表征技术；3. 研究磁性纳米液的物理、化学性能及其在不同介质中的分散性。

二、实验原理磁性纳米液是由磁性纳米颗粒和介质组成的胶体溶液。

磁性纳米颗粒具有磁性，在外加磁场作用下，可以实现定向移动。

磁性纳米液在生物医学、磁流体、催化作用等领域具有广泛的应用。

三、实验材料与仪器1. 实验材料：- 纳米四氧化三铁（Fe3O4）粉末- 水基介质- 有机基介质- 改性剂- 分散剂2. 实验仪器：- 电子天平- 高速分散器- 磁力搅拌器- 磁场强度计- 扫描电子显微镜（SEM）- 透射电子显微镜（TEM）- X射线衍射仪（XRD）- 超导量子磁力干涉仪（SQUID）1. 磁性纳米液的制备：（1）将一定量的Fe3O4纳米粉末加入水基介质中；（2）加入适量的改性剂和分散剂；（3）使用高速分散器对溶液进行分散，直至达到均匀分散；（4）在磁力搅拌下，将溶液置于磁场中，使其磁化。

2. 磁性纳米液的表征：（1）使用SEM和TEM观察磁性纳米颗粒的形貌和尺寸；（2）使用XRD分析磁性纳米颗粒的晶体结构；（3）使用SQUID测试磁性纳米颗粒的磁性能；（4）测试不同磁场强度下磁性纳米液的分散性。

五、实验结果与分析1. 磁性纳米颗粒的形貌和尺寸：通过SEM和TEM观察，发现制备的磁性纳米颗粒呈球形，平均粒径约为20nm。

2. 磁性纳米颗粒的晶体结构：XRD分析结果表明，制备的磁性纳米颗粒为单相Fe3O4，晶体结构为立方晶系。

3. 磁性纳米颗粒的磁性能：SQUID测试结果表明，制备的磁性纳米颗粒具有超顺磁性，磁化强度约为860emu/g。

4. 磁性纳米液的分散性：在不同磁场强度下，磁性纳米液的分散性较好，表明制备的磁性纳米液具有良好的稳定性。

六、实验结论1. 通过化学共沉淀法成功制备了平均粒径约为20nm的Fe3O4磁性纳米颗粒；2. 制备的磁性纳米颗粒具有超顺磁性，磁化强度约为860emu/g；3. 制备的磁性纳米液具有良好的分散性和稳定性，为磁性纳米液在各个领域的应用提供了基础。

纳米磁性液体简介人们发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在超微的磁性颗粒，使这类生物在地磁场导航下辨别方向，具有回归的本领。

小尺寸超微颗粒的磁性与大块材料显著不同，大块的纯铁矫顽力约为80 A/m，而当颗粒尺寸减小到2×10-2μm以下时，其矫顽力可增加1000倍，若进一步减小其尺寸，大约小于6×10-3μm时，其矫顽力反而降低到零，呈现出超顺磁性。

利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性，已制成高贮存密度的磁记录磁粉，大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等。

利用超顺磁性，人们已将磁性超微颗粒制成用途广泛的磁性液体。

1什么是磁性液体磁性液体又称磁流体或铁磁流体，具有液态载体的流动性、润滑性以及密封性。

它是由纳米级（10 nm以下）的强磁性微粒高度弥散于某种液体中所形成的稳定的胶体体系。

磁性液体中的磁性微粒必须非常小，以致在基液中呈现混乱的布朗运动。

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。

磁性液体是由强磁性微粒、基液以及表面活性剂3部分组成。

通常强磁性微粒选用的是Fe₃O₄，除此之外还可以是铁或氮化铁。

其中氮化铁磁性液体的制备及应用研究是国家863高技术项目。

本文主要介绍Fe₃O₄磁性液体。

2磁性液体的特性磁性液体同时具有磁性和流动性，因此具有许多独特的力学、磁学、光学和声学特性。

2.1力学特性磁性液体能克服重力、压力、离心力等作用，当把磁性物体放置于磁性液体中时，磁性物体能稳定地依附于适当的位置。

当把磁性液体的某一部分加热或冷却时，能产生磁热循环，不需要机械驱动就能引起液体的运动；在磁性液体附近施加旋转磁场，就能在液体中产生涡流，出现在其他流体中看不到的特殊现象。

纳米磁性液体的制备技术及应用新进展河南科技大学　西安建筑科技大学　赵海丽　河南科技大学　姚开胜　芦雷鸣　西安建筑科技大学　窦卫红[摘　要]纳米磁性液体材料,具有与普通磁性材料及液体材料所不同的特性,在许多领域中有其特殊的用途。

本文简要地介绍了纳米磁性液体的制备技术及应用领域中的新进展。

[关键词]磁性液体　制备技术　应用 0、引言我们知道,自然界中的磁性物质都是以固态形式存在的。

当固态物质加热到熔点后,就变成液态磁性物质,其磁性几乎消失了。

这是由于一般的磁性物质其熔点一般都大于其居里温度点。

由于液态物质具有流动性等特点,在某些场合会带来很大的方便。

为了得到液态物质,人们想出了人工制作的方法,就是将铁磁性物质利用某种方法使其变成直径为纳米级的颗粒,再将此颗粒分散在某种液态载体中,形成稳定的胶体体系,即制作出了液态的磁性物质,这种物质通常也称作磁性液体(或磁流体),磁性液体是一种性能独特应用广泛的新型纳米功能材料。

磁性液体新材料研究是当今新材料研究中最富有活力,对未来经济社会发展最具有影响的部分,也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的部分。

现在磁性液体无论在基础研究还是实际应用方面都取得了令人瞩目的进展。

磁性液体已形成较大的产业,在美、英、日、德、俄等发达国家都有专业的磁性液体公司,全球每年生产磁性液体器件达数千万件。

纳米磁性液体在我国发展比较晚,我国虽已研制成功,但应用的领域尚未开拓,因此目前尚未形成规模生产,尤其在新的应用领域。

本文系统地介绍了磁性液体的制备技术及应用领域的最新进展。

1、纳米磁性液体的制备技术1.1热分解法该法是将液态金属羰基化合物,如Fe(CO)5、Co(CO)3、N i(CO)4蒸发,然后导入具有一定温度并含有表面活性剂的载液中,羰基化合物便分解生成磁性超微金属粒子,吸附表面活性剂后分散到载液中,形成磁性液体。

但该方法会产生污染环境的CO气体,不适宜规模生产。

1.2化学共沉淀法化学共沉淀法是目前使用最多,应用最广泛的方法之一。

新型纳米磁性液体的制备与应用研究随着科技的不断进步，纳米技术已经成为了当今发展中的热点，在不同领域中都有广泛的应用。

而其中，新型纳米磁性液体的制备与应用，则是备受关注的一个方向。

一、新型纳米磁性液体制备技术1.化学合成法化学合成法是目前最主要的新型纳米磁性液体制备技术。

其主要原理为通过化学反应合成形成具有特定尺寸和形状的纳米粒子，然后通过表面修饰、溶剂调控等手段，将其转化为磁性液体。

2.复合纳米技术与化学合成法不同，复合纳米技术则是将不同材料的纳米颗粒进行组合，制备出具有多种功能的复合纳米磁性液体。

该技术的主要优势为可以实现多种功能的组合，使得纳米磁性液体具有更广阔的应用前景。

二、新型纳米磁性液体的应用1.高分子材料增强由于纳米磁性液体具有较好的磁性特性，将其添加到高分子材料中可以提高材料的性能。

例如，在聚丙烯中添加纳米磁性液体可以增强材料的抗老化性能。

2.医学成像新型纳米磁性液体在医学成像中具有重要应用。

通过将其注入人体内，利用磁共振成像技术可以用来检测肿瘤等疾病的存在，并且对比度较高，精度更高。

3.电磁隐身技术由于纳米磁性液体具有良好的磁性响应，可以用来实现电磁隐身技术。

例如，将纳米磁性液体添加到飞机表面上，可以有效降低飞机的雷达波反弹率，从而达到电磁隐身的效果。

4.环境治理由于纳米磁性液体具有良好的可控性和可分散性，可以用来分离固液混合物中的污染物，对于环境治理具有重要的应用价值。

例如，利用纳米磁性液体可以高效地去除水中的重金属离子等有害物质。

综上所述，新型纳米磁性液体在材料科学、医学、军事、环境治理等领域中都有着十分广泛的应用前景。

未来，我们可以通过不断完善制备技术和拓展应用领域，使其为社会和人类发展做出更大的贡献。

化学化工学院材料化学专业实验报告一、预习部分1、纳米磁流体的性质和应用纳米磁性液体是纳米铁磁性微粒在外表活性剂的包覆下，稳定地分散在液体中而形成的一种胶体体系。

同时既具有固体磁性材料的磁性，又有液体的流动性。

它是由lOnm以下的纳米级的强磁性微粒高度弥散于某种液体中所形成的稳定的胶体体系。

磁性液体中的磁性微粒非常小，以致在基液中呈现混乱的布朗运动。

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的相互凝聚作用，在重力和电磁场的作用下能稳定存在，不产生沉淀和凝聚。

纳米磁性流体由基载液、磁性微粒和外表活性剂构成。

1.1 纳米磁流体的性质纳米粒子粒径小，比外表积大、外表能大，但粒子不稳定极易团聚而不能发挥纳米材料的特性。

对于磁性纳米粒子来说，目前最长使用的方法使制得纳米磁流体。

磁流体是近40年来发展起来的一种液态磁性材料，是指磁性超微粒子经外表活性剂包裹，高度分散在载液〔极性溶液或非极性溶液〕中形成的胶体溶液。

组成磁流体的磁性料子主要是Fe3o4,Fe3N,Fe,Co,Ni等金属微粒及其合金，载液包括水、甲苯、合成酯、卤化烃等。

纳米磁流体是纳米磁性粒子包覆外表活性剂后均匀分散于各种基液中形成的一种独特的液态纳米材料。

纳米粒子因为粒子间具有很强的排斥力而稳定崔在于液体中形成纳米磁流体。

它具有磁性和流动性，是一种新型的功能材料，是有磁性颗粒，稳定剂〔外表活性剂〕和载液3部分组成，具有其他常规和高技术材料都不具备的优异性能。

纳米磁性流体的分类迄今为止，对磁性液体还没有系统的分类方法，从行业角度有以下四种分类方法。

(1)按照磁性颗粒的种类进行划分。

一般可以分为以下几类，即铁氧体磁性液体、金属磁性液体、合金磁性液体、氮化铁磁性液体以及掺杂磁性液体等。

(2)按照载液的种类进行划分。

常见的有水基、烃基、有机化合物基、煤油基、酯基和水银基磁性液体等。

也可按分散剂种类划分，如油酸磁流体、丁二酸磁流体和氟醚酸磁流体等，但此分类方法很少见。

磁性液体的制备方法按磁性液体所含纳米级磁性颗粒的种类，大体可分为铁酸盐系、金属系、氮化铁系三类，下边分别介绍磁性液体的制备方法。

1.1铁酸盐系磁性液体的制备方法这类磁性液体的磁性颗粒选用Fe3O4 、Y-Fe2O3、Co、Ni、Fe2O4等，制备方法有粉碎法、化学共沉淀法和胶溶法等。

1.1.1粉碎法该法为美国首创，它是将分散质和表面活性剂与载夜装入球磨机进行长时间的研磨，一般为5~20周。

粉碎后，通过离心分离除去未分散的粗大颗粒制得磁性液体。

该法是1965年由Papell最先开发，制备方法简单，但没有效率，研磨时间长，成本过高。

1.1.2 化学共沉淀法化学共沉淀法是将FeSO4、Fe2(SO4)3以相同物质的量混合后，将NaOH添加到pH为11，用共沉法合成Fe3O4。

接着加入油酸钠溶液，继续加热，会在Fe3O4表面生成油酸的两分子吸附层，分散于水溶液中。

然后，将pH降至5.5时，Fe3O4的两分子吸附层变为单分子吸附层，从水溶液分离沉降。

对该单分子吸附层进行水洗，除去钠盐后，再将其适当地分散于溶液中，就制成了铁酸盐系磁性液体。

这种发放比粉碎法效率高，成本低，目前仍被广泛采用。

1.1.3 胶溶法将Fe+2和Fe+3按物质的量比1:2混合后加氨水，合成Fe3O4，将该Fe3O4加入到含油酸煤油中煮沸，Fe3O4表面吸附油酸，从水相向煤油相转移，生成煤油基磁性液体。

不管是采用什么方法制备的铁酸盐系磁性液体，其饱和磁化强度一般为300~500Gs，最高为600Gs,但铁酸盐系磁性液体的稳定性比较好，因此不管是产量还是应用范围在国内外仍占统治地位。

1.2金属系磁性液体的制备方法1.2.1CO羰基热分解法CO羰基热分解法是利用热分解化学上不稳定的有机金属，析出金属超微粒子并分散于载夜中形成磁性液体。

例如，在甲苯中加入丙烯酸盐系的共聚物和CO羰基进行回流时，通过CO羰基的分解，生成CO磁性液体。

1.2.2真空蒸镀法真空蒸镀法是在抽成真空的钟罩内，将金属加热蒸发后急骤冷却形成金属超微粒子再吸附表面活性剂而形成磁性液体，例如将含表面活性剂低挥发性溶剂装入旋转滚筒，将滚筒内部抽成真空使金属Fe或CO蒸发时，表面活性剂以蒸发金属吸附在滚筒表面，生成金属磁性液体。

编号：大学生科技项目项目名称：一种神奇的材料——纳米磁性液体的制备作者姓名：魏冉冉王太鑫杜成林专业：材料科学与工程指导教师姓名：张金升专业技术职务：教授所在院系：土木工程系2008年11月30日目录1. 前言 1 1.1 项目简介 1 1.2 课题由来 1 1.3 产品性能 2 1.4 产品应用 21.5 课题意义 22. 实验用原材料 23. 实验用重要仪器设备 34. 实验原理，产品功能机理 4 4.1 实验原理 44.2 产品功能机理 45. 实验过程 5 5.1 实验具体步骤 55.2 实验流程图 66. 产品性能测试8 6.1 稳定性86.2 磁性87. 实验具体制作成果88. 分析与讨论9 8.1 过程分析98.2 结果讨论109. 产品开发应用前景及经济效益10 9.1 产品开发应用前景109.2 经济效益分析1010. 结语11 主要参考文献11 致谢12一种神奇的材料——纳米磁性液体的制备实 验 研 究 报 告——Red Star 科技制作小组1.前言纳米是一种长度的单位，它只有1m 的一亿分之一。

当物质的尺寸达到纳米级时，它的一些性质就会发生变化。

例如，当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。

因此纳米微粒在磁性材料、电子材料、光学材料、高致密度材料的烧结、催化、传感、陶瓷增韧等方面有广阔的应用前景。

纳米材料具有一些传统材料所不具备的优点，纳米磁性液体就是其中的一员。

纳米磁性液体既具有传统磁性材料的强磁性，又具有液体材料的流动性。

因而得到了人们越来越广泛的重视。

1.1 项目简介纳米磁性液体属于前沿的科学技术。

要步入它的领域，必须了解一些基本的学术概念。

1.1.1. 磁体具有磁性的一类物质统称磁体。

在工农业生产和日常生活中具有广泛的应用。

1.1.2. 磁性液体磁性材料是古老的功能材料。