磁性液体的制备和应用探讨毕业论文 .doc
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1、 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 学 号 指 导 教 师 2011年9月19 日 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,
2、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 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 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答辩小组成员姓
3、名任新民张云程陈华容王自敏谢瑞兵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% 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
4、 月 日学院意见年 月 日 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ABSTRACTBased on the introduction of magne
5、tic 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; in the analysis of the working principle of magnetic liquid at the same time, the application of
6、 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 prospect of magnetic fluid.Key words: Magnetic liquid; preparation method; application; applica
7、tion prospect.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
8、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192.2.1.6 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202.2.4 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
9、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
10、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。1 磁性液体及制备方法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(10
11、nm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(magnetic 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
12、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(Fe3O4)及铁氧体COFe2O4、(Mn-Zn)Fe2O4等、金属(铁、钴、镍及其合金)或铁磁性氮化铁FeN(28),这些磁性颗粒粒径非常小,以至于在液体中呈现出紊乱的布朗运动,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
13、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
14、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、-Fe2O
15、3、MeFe2O4(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 Fe-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
16、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,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(cm2h),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
17、、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
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