纳米磁性液体简介
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磁性液体的应用及工作原理1. 引言磁性液体是一种具有独特性质的液体材料,其具有磁性,可以在外磁场的作用下产生磁响应。
由于其独特的性质,磁性液体在各个领域都有广泛的应用。
本文将介绍磁性液体的应用及其工作原理。
2. 磁性液体的应用磁性液体在许多领域有着广泛的应用,以下是几个常见的应用领域:•医学领域:磁性液体广泛应用于医学成像和治疗。
磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)是目前医学诊断中常用的一种成像技术,其中就需要磁性液体的应用。
磁性液体可以作为对比剂,通过改变磁性液体的磁性来显示出人体内部的结构。
此外,磁性液体还可用于靶向药物输送,通过外加磁场来控制磁性液体的运动,将药物精确释放到特定部位。
•信息存储领域:磁性液体在信息存储领域也有重要应用。
磁性液体可以用于磁性记录材料,例如磁带、磁盘等。
其具有磁性液体颗粒可调控的特性,可以实现信息的高密度存储。
同时,磁性液体还可以用于存储器件的制备,例如磁性随机存储器(Magnetic Random Access Memory, MRAM),其具有高速、低功耗等优点。
•自适应光学领域:磁性液体的光学性质可通过外加磁场来调控,因此在自适应光学领域有着广泛的应用。
磁性液体可用于光学元件的制备,如可调焦透镜、光学滤波器等。
通过改变磁性液体中颗粒的排列、密度来实现对光的调控,可以实现光学器件的焦距调节、波长选择等功能。
•非接触控制领域:由于磁性液体可受外磁场的影响而产生运动,因此在非接触控制领域有着独特的应用。
例如,磁性液体可用于磁悬浮技术,实现物体的人工悬浮。
磁性液体还可用于制备磁传感器,如磁悬浮陀螺仪等。
3. 磁性液体的工作原理磁性液体的磁响应是由其中的微小磁性颗粒引起的。
这些磁性颗粒通常由一层磁性材料(如铁氧体)包裹着,并悬浮在液体介质中。
当外磁场作用于磁性液体时,磁性颗粒会受到磁场力的作用,从而改变其位置和排列。
这种改变可导致磁性液体的物理性质发生变化。
纳米技术知识资料一、纳米( nano meter,nm ):一种长度单位,一纳米等于十亿分之一米,千分之一微米。
大概是三、四个原子的宽度。
二、纳米科学技术( nanotechnology ):纳米科学技术是用单个原子、分子制造物质的科学技术。
纳米科学技术是以很多现代科学技术为基础的科学技术,它是现代科学(混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学)和现代技术(计算机技术、微电子和扫描地道显微技术、核剖析技术)联合的产物,纳米科学技术又将引起一系列新的科学技术,比如纳米电子学、纳米资料学、纳米机械学等。
纳米科学技术被以为是世纪之交出现的一项高科技。
三、纳米资料( nano material)与纳米粒子(nano particle):纳米资料又称为超微颗粒资料,由纳米粒子构成。
纳米粒子也叫超微颗粒,一般是指尺寸在 1~ 100nm间的粒子,是处在原子簇和宏观物体交界的过渡地区,从往常的对于微观和宏观的看法看,这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统,它拥有表面效应、小尺寸效应和宏观量子地道效应。
当人们将宏观物体细分红超微颗粒(纳米级)后,它将显示出很多奇怪的特征,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对比将会有明显的不一样。
四、几种典型的纳米资料:a)纳米颗粒型资料:应用时直接使用纳米颗粒的形态称为纳米颗粒资料。
被称为第四代催化剂的超微颗粒催化剂,利用甚高的比表面与活性能够明显得提升催化效率,比如,以微径小于微米的镍和钢 - 锌合金的超微颗粒为主要成分制成的催化剂可使有机物氯化的效率达到传统镍催化剂的10 倍;超细的铁微粒作为催化剂能够在低温将二氧化碳分解为碳和水,超细铁粉可在苯气相热分解中起成核作用,进而生成碳纤维。
录音带、录像带和磁盘等都是采纳磁性粒子作为磁记录介质。
跟着社会的信息化,要求信息储藏量大、信息办理速度高,推进着磁记录密度日趋提升,促进磁记录取的磁性颗粒尺寸趋于超微化。
教你⽤⽣活中的物件轻轻松松制作磁流体磁流体是⼀种具有液体流动性⼜具有固体磁性材料磁性的液体材料。
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。
点击加载图⽚虽然磁流体有这么酷的应⽤,要想制作纯正⾼质量的磁流体必须在实验室环境下才可以,⽤⾮常昂贵的设备和材料外加专业知识储备才能够完成。
但是本着天下没有不能make的maker精神,这⾥将会告诉⼤家,这不过是打印机硒⿎中碳粉和植物油的组合!制作成本不超过3美⾦!录⾳带点击加载图⽚没错,就是那些⽼的录⾳磁带,你的仓库中肯定还有不少吧,赶快拿出来,让它们重放异彩的时刻到了。
丙酮点击加载图⽚三氧化铁黏在磁带上,我们需要⼀些东西把它们清理下来。
你可以在五⾦商店中买到作为涂料剂/去污剂,或者是当地药店买到作为指甲油去除剂的丙酮。
虽然五⾦店丙酮有些贵,但是纯度往往⽐较⾼,推荐购买。
⼀只⼤桶点击加载图⽚gif动态图⽚⼀定要选择⼀个质量⾜够好的耐腐蚀的桶。
千万不要使⽤便宜的塑料桶,当你家的地板或地毯被腐蚀掉时你会后悔的。
塑料薄膜点击加载图⽚这个⽤量很⼩,铝箔或者旧报纸也可以。
植物油点击加载图⽚这个也不需要很多。
磁铁点击加载图⽚像图⽚中的磁铁,不要⽤铷磁铁,吸附黏在磁带上三氧化铁的性能不够好。
开始处理点击加载图⽚尽量在室外操作。
丙酮整蒸汽吸⼊对⾝体有害。
此外,如果使⽤从五⾦店购买的丙酮,请注意避免⽪肤直接接触,最好带上橡胶⼿套。
把磁带拆开,拉出胶带放进⽔桶⾥,再倒⼊丙酮搅拌,⽤保鲜膜盖住,静⽌⼀个⼩时,再次搅拌,如此往复。
完成后你会在⽔桶的底部发现⼀些⿊⾊粉末,这些类似磁流体的氧化铁沉积变多。
磁流体的研究现状以及应用摘要:随着人们对磁流体的物理性质、化学性质、制造工艺等研究的深入,磁流体越来越多的特殊功用被人们发现。
作为一种新型的重要的液体功能材料,磁流体也逐渐的被各个领域所应用。
文章综述了磁流体的组成、分类、理化特性,就磁流体应用做了一些介绍.文章最后对磁流体未来的发展做了简单的设想。
关键字:磁流体;应用;发展中图分类号:TQ584 文献标识码:A 文章编号:1004-633X(2011)08-0000-00作者简介:李静(1988年-),男,汉族,山东菏泽市,中国矿业大学材料科学与工程学院,学生,本科在读,材料科学;孙舒明(1989年-),男,汉族,山东日照市,中国矿业大学材料科学与工程学院,学生,本科在读,材料成型。
作者单位:中国矿业大学材料科学与工程学院,江苏徐州邮编221116磁流体即磁性液体(Magnetic Liquid),也称磁性胶(Magnetic Colloid)。
磁流体于二十世纪四十年代被人们发现, 美国的Papell在1963年获得的第一个磁流体制备专利,随后在20世纪60年代初,美国NASA在其宇宙飞船中成功应用了磁流体材料,之后发展迅猛并且开始转向民用。
1纳米磁性液体的构成和分类磁流体的组成磁流体的结构如图(1)所示,它是由载夜、纳米级的磁性颗粒和包覆在磁性颗粒表面的表面活性剂组成的稳定胶体溶液或悬浊液,有时会加入油溶性试剂、抗氧化剂、防腐剂及增粘剂来改善磁性液体的性能,获得更加稳定的液相体系。
纳米磁性粒子可以是铁氧体、氮化铁、铁、钴等金属及其合金的纳米颗粒,表面活性剂可以是油酸、丁二酸、氟醚酸,聚氧乙烯烷基酚基醚等,载液可以是水、煤油、双酯聚本醚、汞、钒、铟锡合金以及金属有机化合物等。
磁流体中的磁性颗粒粒径属于纳米级(一般为10nm),从而导致了其再光、电、磁和热等理化性质方面具有特殊性能。
图(1)纳米磁流体内部的组成磁流体的分类磁流体的分类有很多种,一般按照载夜、磁性颗粒的性质分类。
纳米技术在工业领域中的应用随着高科技技术的不断进步,纳米技术已经成为了一种非常炙手可热的技术。
纳米技术是一种通过利用纳米级别的物理、化学和生物学特性进行材料设计、制造和制备的技术。
纳米技术在科技领域中已经得到广泛的应用,其中工业领域更是纳米技术的一大应用领域,这也是本文所要探讨的话题。
一、石油工业方面在石油工业方面,纳米技术主要应用于油藏开发和提高油气产量、改善油质量、增强油气输送能力、保护设备和管道等方面。
这里介绍两个纳米技术在石油工业方面的应用:1、纳米流体纳米流体是由纳米粒子和基础流体溶液构成的。
纳米流体的应用可以降低粘度,提高流动性,增加输送能力。
纳米流体还可以在管道内形成一层润滑膜,从而减小摩擦和磨损。
这些优点使得纳米流体在提高油气产量和保护设备方面有很好的应用前景。
2、纳米结构加固剂纳米结构加固剂是由高科技合成体系合成的,直径在纳米级别,具有极高的强度和硬度及良好的稳定性。
纳米结构加固剂在油井水泥加固中可以提高水泥的强度和耐压性,避免水泥因受到压力而裂缝或崩塌,有利于提高油井的稳定性和输送能力。
二、污染治理方面纳米技术在污染治理方面也有着广泛的应用。
纳米技术可以通过材料加工对有毒有害物质进行有效去除或吸附,达到污染治理的目的。
纳米技术在环境治理方面具有以下优势:1、准确性高纳米粒子的尺寸范围控制在纳米级别,独特的表面特性以及表面积大的优势可以对大气、水,土壤中的污染物进行准确的识别和处理。
2、效率高纳米技术可以提高处理污染物的效率,相比传统的处理设备,使用纳米技术的处理设备可以在相同的时间内处理更多的废水。
三、新材料领域在新材料领域中,纳米技术可以制造出纳米级别的材料,这些材料具有优异的性能和特性,比普通的材料更加耐用、强度更高、力学性能更好等。
1、碳纤维增强塑料碳纤维增强塑料是一种使用纳米技术制备的材料,它使用纳米级别的碳纤维将纤维强化成形材料与聚合物结合,在强度、韧性、耐磨损性和耐高温性方面具有优异的表现,是一种金属材料替代品。
纳米磁性流体非牛顿特性分析作者:封士彩来源:《绿色科技》2017年第20期摘要:指出了磁性流体是由磁性颗粒、载液和表面活性剂组成的一种胶体溶液。
理论分析表明磁性流体可以看成是受着与牛顿流体不同的本构方程控制;试验分析表明磁性流体在磁场中属于非牛顿流体中塑性假塑性流体,即塑性剪切稀化流体,不同于普通的牛顿流体和非牛顿流体,也不同于通常的两相流。
这对磁性流体应用中的动力学分析具有一定的指导作用。
关键词:纳米磁性流体;非牛顿特性;塑性剪切稀化流体中图分类号:TB30文献标识码:A文章编号:16749944(2017)200176041引言经典的牛顿力学认为流体在流动中受到的剪切力与剪切速率成正比,在此基础上可以得到著名的Navier-Stokes方程,它是描述粘性牛顿流体运动的基本方程。
随着生产和科学技术的发展,在工业生产过程中和自然界发现存在大量不服从牛顿常粘度定律的流体,即非牛顿流体(具有粘度随剪切速率变化的流动特性的流体,即剪切力与剪切速率不符合牛顿内摩擦定律)[1]。
磁性流体是一种对磁场敏感、能流动的超顺磁性磁性材料,由纳米级磁性颗粒、载液和表面活性剂组成,具有独特的性能和基本特性,属于胶体,也属于固液两相流体,具有非牛顿流体特性[2]。
目前胶体流体力学研究还是空白,两相流动力学还有许多需要解决的问题,没有成熟的理论[3]。
本文对磁性流体的非牛顿特性进行分析。
2非牛顿流体的本构方程非牛顿流体的粘度随剪切速率的变化而变化,根据这一定义可把非牛顿流体分为时间独立性流体、时间相关性流体和粘弹性流体[4],具体如图1所示。
非牛顿流体时间独立性流体粘性流体假塑性流体膨胀性流体塑性流体宾汉姆(Bingham)流体塑性假塑性流体塑性膨胀性流体时间相关性流体触变性流体震凝性流体粘弹性流体线性粘弹性流体沃伊特(Volgt)体麦克斯(Maxwell)体伯格斯(Burgers)体非线性粘弹性流体2.2时间相关性流体流体粘度除了与温度、压力及剪切速率有关外,还与剪切时间有关,即剪切应力与剪切速率之间不是单值关系。
关于磁流体PEG coating Fe3O4 nanoparticles(30nm)纳米材料今天小编瑞禧RL整理并分享关于磁流体PEG coating Fe3O4 nanoparticles(30nm)纳米材料简介:四氧化三铁(Fe3O4)可以作为一种磁流体。
Fe3O4是一种具有磁性的磁性材料,由铁(Fe)和氧(O)元素组成。
它具有良好的磁性响应,可以在外部磁场的作用下产生明显的磁化,使得整个材料呈现磁性。
磁流体(Magnetic Fluid)是一种微米至纳米级别的颗粒悬浮在液体介质中,具有磁性的复合材料。
这种特殊的液体由磁性颗粒和分散剂(通常是液体)组成,其中磁性颗粒可以是铁、镍、钴等磁性材料的纳米颗粒。
这些磁性颗粒在外部磁场的作用下,可以产生磁性响应,表现出磁性特性。
磁流体具有以下特点和应用:特点:磁性响应:磁流体中的颗粒在外部磁场作用下会发生磁化,使得整个液体呈现出磁性。
可控性:磁流体的磁性响应可以通过改变外部磁场的强度来控制,实现对液体的精准操作。
分散性:磁流体的颗粒通常具有良好的分散性,这使得它们在液体介质中能够均匀分布。
稳定性:磁流体在合适的分散剂中可以保持稳定分散状态,不易发生沉淀。
应用领域:磁性流体密封:由于磁流体可以被外部磁场控制,因此被广用于制造磁性密封,例如在机械设备中,用于密封液体或气体,替代传统的机械密封。
磁性制动器和减震器:磁流体可以用于制造磁性制动器和减震器,通过调整磁场的强度,实现制动和减震的功能。
磁共振成像(MRI)对比剂:磁流体被用作MRI对比剂,用于提高MRI图像的对比度。
声波和光学装置中的振动控制:磁流体也被用于声波和光学装置中的振动控制,通过外部磁场调节磁流体的粘性和流动性,实现振动的控制。
以上来源于文献整理,如有侵权,请联系删除,RL2023.10。
纳米磁性液体简介
摘要磁性液体是由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。
介绍了磁性液体的典型特性,在诸多领域的应用及其制备方法。
关键词纳米磁性液体特性应用制备
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。
若在一个塑料或玻璃等非磁性材料做的容器中,先放一块永久磁铁,再倒入磁性液体时,就会看到示意性液体沿着磁力线的方向向上拱起,通过磁力、重力、表面张力的综合作用,可以看到磁性液体呈现六角形的美丽花纹。
用一块直角三角形的永久磁铁靠近磁性液体时,磁性液体就会顺着斜面向上“爬坡”(如图1),这是它在向磁场大的方向运动的结果。
当磁性液体从一个非铁性的管中流过时,如果在管外加以图2所示的磁场,那么流体的流速就会随着磁感应强度的增大而减小。
大家知道,如果流体是水,它在磁场中的速度不会显著减小。
2.2磁学特性
磁性液体表现为超顺磁性,本征矫顽力为零,没有剩磁,不存在磁滞回线,在外磁场下,磁性液体被磁化,满足修正的伯努利方程。
与常规伯努利方程相比,添加了一项磁性能,使磁性液体具有其他流体所没有的、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。
当把非磁性物体放置于磁性液体中时,磁性液体的表观密度可以用外加磁性强度的大小来控制,使非磁性物体自由地漂浮于预定的位置。
2.3光学特性
当光通过稀释的磁性液体时,会产生光的双折射效应与双向色性现象。
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向比垂直于外磁场方向吸收更多,具有更高的折射率。
2.4声学特性
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。
3磁性液体的应用
随着对磁性液体研究的深入,它的许多特性开拓了许多新的应用领域,在电子、化工、能源、冶金、仪表、环保、医疗等领域都起着不可小视的作用。
3.1密封
利用磁性液体既是流体又是磁性材料的特点,可以把它吸附在永久磁铁或电磁铁的缝隙中,使两个相对运动的物体得到密封。
利用多级密封就能达到很高的耐压或真空度,真空度可达到10-8Torr(1Toor=133.322 Pa)。
这种密封的润滑性很好,适用于高速旋转部件的密封,而且发热少、寿命长、维护简便。
这种磁性液体最早是由美国宇航局研制成功的,1965年曾用于航天设备和宇航服的密封,后来用途渐广。
现广泛用于X-射线转靶衍射仪、单晶炉、大功率激光器、计算机等精密仪器的转轴密封。
磁性液体在非均匀磁场中将聚集于磁场梯度最大处,因此利用外磁场可将磁性液体约束在密封部位形成磁性液体“O”
型环,具有无泄露、无磨损、自润滑、寿命长等特点。
3.2计量阀和光通阀
在一个非磁性材料制成的导管外面安放一电磁铁,管内放一些磁性液体,通过改变磁力大小,从而控制磁性液体开口的大小,这样就可以改变液体流量或光通量。
3.3信息处理
利用磁场或电场对磁性液体的吸附作用可使磁潜像和静电潜像显像,所得文字或图像十分清晰。
磁性液体颜色浓黑,在纸上有很好的吸附性,从喷嘴中喷出的流速受磁场控制,可喷印文字或各种图像,其信息可进行光学或磁电读出。
此外,采用铁磁流体制作的磁性薄膜是一种高信号输出、高记录密度的媒质。
3.4扬声器
将磁性液体注入扬声器的音圈气隙对音圈的运动起一定的阻尼作用,并能使音圈自动定位,同时音圈所产生的热量可以通过磁性液体耗散。
因此加入磁性液体可以提高扬声器的承受功率,在同样结构条件下可使输入功率提高2倍,同时改善频率响应,提高保真度。
磁性液体用于金属膜扬声器性能更佳。
目前国内许多厂家生产磁性液体扬声器,生产线和磁性液体均从国外进口,若能将磁性液体国产化,必将带来非常可观的收益。
3.5选矿分离
利用磁性液体的表观密度随外磁场的变化而改变的特点,可用来筛选密度不同的非磁性矿物。
密度差别在10%左右的矿物可用此技术较好地分离,一般采用水基磁性液体,可重复使用。
3.6磁流体发电
我国目前采用的燃煤发电方式要向大气排放大量SO2、NO x 和黑烟,对
大气环境造成严重污染。
因此,发展洁净煤发电技术,减少污染物排放,提高燃煤发电效率是一项重要的战略任务。
磁流体发电是一种新型的高效发电方式,其定义为当带有磁流体的等离子体横切穿过磁场时,按电磁感应定律,由磁力线切割产生电,在磁流体流经的通道上安装电极和外部负荷连接时,则可发电。
燃煤磁流体发电技术亦称为等离子体发电,就是磁流体发电的典型应用。
燃烧煤而得到的高温等离子气体以高速流过强磁场时,气体中的电子受磁力作用,沿着与磁力线垂直的方向流向电极,发出直流电,经直流逆变为交流送入交流电网。
磁流体发电本身的效率仅20%左右,但组成高效的联合循环发电,总的热效率可达50%~60%,是目前正在开发中的高效发电技术中最高的,也是一种低污染的煤气化联合循环发电技术。
3.7医学上的应用
磁性液体可以发挥固体磁性材料所不能发挥的作用。
磁性液体中的微粒是单畴或近单畴的,故具有自发磁化的特性。
在癌症治疗中,有研究者将磁液经由导管注射到模拟瘤组织中,并用外磁场使磁液产生凝聚特性,在模拟毛细管网中形成栓塞,其阻断效果得到了满意的印证。
此外磁性液体良好的磁致热对流特性,使其成为了目前发展迅速的癌症局部热疗技术用材料的上佳选择。