磁性液體的磁性及磁粘性質(zhì)研究.pdf

1、利用化學(xué)共沉淀法制備了不同體積分?jǐn)?shù)的水基Fe3O4和CoFe2O4磁性液體以及PAO油基Fe3O4和CoFe2O4磁性液體，并進(jìn)行了表征;利用Ga-Sn和Ga-In合金作為磁性液體載液，探索了合金載液基Fe3O4和合金載液基非晶Fe73.5Nb3Cu1Si13.5B9磁性液體的磁學(xué)性能;利用高溫旋轉(zhuǎn)粘度儀，MCR流變儀和振蕩杯旋轉(zhuǎn)粘度儀對水基和PAO油基磁性液體的磁粘性質(zhì)進(jìn)行了研究，剖析了磁性液體在外加磁場作用下粘度的變化規(guī)律，提出一種

2、粘度-磁場滯后效應(yīng)。
　　分別利用X射線衍射儀、掃描電鏡和振動樣品磁強(qiáng)計對Fe3O4和CoFe2O4顆粒的結(jié)構(gòu)、微觀形貌和磁學(xué)性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明兩種顆粒均為反尖晶型的結(jié)構(gòu);兩種磁性顆粒均為球形或類球形，顆粒尺寸大小在10-30 nm之間;Fe3O4納米磁性顆粒具有較高的飽和磁化強(qiáng)度，且具有超順磁性，而CoFe2O4納米磁性顆粒飽和磁化強(qiáng)度較低，并具有一些剩磁和矯頑力。利用動態(tài)光衍射儀和透射電鏡對水基磁性液體和PAO基磁性液體

3、的流體力學(xué)直徑分布范圍、物理直徑以及微觀形貌進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，磁性液體具有窄的流體力學(xué)直徑分布范圍;磁性液體中磁性顆粒的物理尺寸大小均為13-15 nm之間，大多數(shù)粒子的形態(tài)為球形或近似球形，沒有明顯的團(tuán)聚。利用動態(tài)磁化率計測量了水基和PAO基磁性液體的動態(tài)磁化率曲線，結(jié)果表明Fe3O4的水基磁性液體和PAO基磁性液體的弛豫機(jī)制為尼爾弛豫，而CoFe2O4的水基和PAO基磁性液體的弛豫機(jī)制為布朗弛豫。利用超導(dǎo)量子干涉磁強(qiáng)計測量了水基

4、和PAO基磁性液體的磁滯回線，結(jié)果表明磁性液體具有超順磁性。利用郎之萬函數(shù)擬合得到的體積分?jǐn)?shù)、磁性液體顆粒的磁性直徑與DLS和TEM結(jié)果一致。
　　非晶金屬磁性顆粒Fe73.5Nb3Cu1 Si13.5B9的飽和磁化強(qiáng)度約為125 emu/g，比納米Fe3O4磁性顆粒飽和磁化強(qiáng)度高出50％。研究Ga85.8In14.2基Fe73.5Nb3Cu1Si13.5B9非晶磁性液體和Ga91.6Sn8.4基Fe73.5Nb3Cu1Si13.

5、5B9非晶磁性液體的磁學(xué)性能發(fā)現(xiàn)，合金載液基的非晶磁性液體具有較高的飽和強(qiáng)化強(qiáng)度，且具有低的剩磁和矯頑力。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的Ga-Sn和Ga-In合金載液基磁性液體的飽和磁化強(qiáng)化強(qiáng)度分別為0.4 emu/g和0.6 emu/g，其磁學(xué)性能優(yōu)于同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的合金載液基Fe3O4磁性液體的磁學(xué)性能。研究Ga85.8ln14.2和Ga91.6Sn8.4基Fe73.5Nb3Cu1Si13.5B9非晶磁性液體不同溫度下的磁化曲線發(fā)現(xiàn)，合金載液基Fe7

6、3.5Nb3Cu1Si13.5B9非晶磁性液體的磁學(xué)性能表現(xiàn)出溫度依賴性，其磁化強(qiáng)度和飽和磁化強(qiáng)度隨著溫度的升高而降低。
　　在無外加磁場作用下，由于溫度升高，懸浮在磁性液體中磁性顆粒的布朗運動加劇，使得磁性液體的基液與磁性顆粒之間的旋轉(zhuǎn)溫度差逐漸降低，磁性液體的粘度隨著溫度的升高而降低;磁性液體的粘度隨著剪切速率的增加而降低，磁性液體的剪切速率和剪切應(yīng)力呈現(xiàn)非線性關(guān)系，屬于非牛頓流體;外加磁場對磁性液體的粘度具有顯著的作用，在外

7、加磁場作用下，磁性液體的粘度隨著剪切速率的增加而降低，出現(xiàn)剪切致稀行為。利用振蕩杯旋轉(zhuǎn)粘度儀研究磁性液體粘度-磁場滯回曲線發(fā)現(xiàn)，不同體積分?jǐn)?shù)的水基和PAO基Fe3O4磁性液體具有不同的粘度-磁場滯后現(xiàn)象;不同體積分?jǐn)?shù)的水基CoFe2O4磁性液體和PAO基CoFe2O4磁性液體具有相同的粘度-磁場滯后現(xiàn)象;不同磁性顆粒的水基和PAO基磁性液體具有不同的粘度-磁場滯后現(xiàn)象。我們提出“粘度-磁場滯后效應(yīng)”，△η*=(ηde-ηin)/ηin。

8、當(dāng)△η*＜0時，我們稱負(fù)粘度-磁場滯后效應(yīng);當(dāng)△η*＞0時，稱為正粘度-磁場滯后效應(yīng)。根據(jù)我們提出的粘度-磁場滯后效應(yīng)，對于水基和PAO基CoFe2O4磁性液體△η*＞0;對于低濃度1.5％水基和PAO基Fe3O4磁性液體△η*≥0;而對于6％水基和PAO基Fe3O4磁性液體，當(dāng)在外加磁場強(qiáng)度較高的區(qū)間△η*＞0，表現(xiàn)為正的粘度-磁場滯后效應(yīng)，而在外加磁場較低的區(qū)間△η*＜0，表現(xiàn)為負(fù)的粘度-磁場滯后效應(yīng)。磁性液體這種特殊的粘度-磁場滯

9、后效應(yīng)與磁性液體內(nèi)鏈狀結(jié)構(gòu)和滴狀結(jié)構(gòu)的形成和破裂有關(guān)。
　　研究冰凍處理后體積分?jǐn)?shù)6％水基Fe3O4磁性液體的磁化過程，結(jié)果表明水基磁性液體冰凍后的飽和磁化強(qiáng)度大于冰凍前水基磁性液體的飽和磁化強(qiáng)度;研究冰凍后體積分?jǐn)?shù)6％的水基磁性液體的磁粘性質(zhì)發(fā)現(xiàn)，隨著磁場強(qiáng)度的增加，磁性液體的粘度增加;隨著剪切速率的增加，磁性液體的粘度降低，出現(xiàn)剪切致稀現(xiàn)象;研究冰凍后體積分?jǐn)?shù)6％的水基磁性液體的粘度-磁場滯后效應(yīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在外加磁場強(qiáng)度較高的區(qū)

10、間時，磁性液體中磁場作用起主動作用，磁性液體在外加磁場降低的粘度大于外加磁場增加階段的粘度，△η*＞0，表現(xiàn)為正的粘度-磁場滯后效應(yīng);而在外加磁場較低的區(qū)間，磁性液體的流體動力起主導(dǎo)作用，磁性液體在外加磁場降低的階段粘度小于外加磁場增加階段的粘度，△η*＜0，表現(xiàn)為負(fù)的粘度-磁場滯后效應(yīng)。這結(jié)果與冰凍處理前6％的水基Fe3O4磁性液體的粘度-磁場滯后效應(yīng)相似。研究體積分?jǐn)?shù)6％水基Fe3O4磁性液體，體積分?jǐn)?shù)6％水基CoFe2O4磁性液體