磁性液體的優(yōu)化制備及其流變性能的分子動力學模擬.pdf

1、磁性液體兼具固體磁性材料的磁性和液體的流動性，顯示出獨特的物理性能和力學行為，因而在諸多領域得到了廣泛的應用。為了得到性能更加優(yōu)異的磁性液體，并在此基礎上深入理解磁性納米顆粒在復雜流場中的動力學行為，本文對磁性液體制備方法進行了優(yōu)化設計，研制得到具有良好穩(wěn)定性能和磁粘性效應的Fe@SiO2磁性液體，使用流變儀對其力學行為進行了表征測試。并結合前面的實驗結論，用分子動力學方法模擬研究了磁性納米顆粒在復雜流場下形成的有序結構及其對磁性液體流

2、變性能的影響。
　　 首先，本文優(yōu)化設計了磁性液體的制備方法。選用橢球型核殼結構微粒Fe@SiO2代替?zhèn)鹘y(tǒng)使用的Fe3O4配制磁性液體，通過流變儀對其流變性能和粘彈性行為進行了深入的實驗研究。橢球型核殼微粒Fe@SiO2兼有核，殼組分的優(yōu)異性能，呈現(xiàn)出特殊的物理化學特性。其橢球形的內(nèi)核鐵賦予了材料各向異性的磁性能，而表面的二氧化硅保護“層”不僅能有效阻止微粒在懸浮液中團聚，明顯改善復合微粒在后續(xù)加工過程中的穩(wěn)定性，同時能實現(xiàn)磁性

3、粒子的進一步功能化。經(jīng)優(yōu)化制備得到的磁性液體既有優(yōu)異抗氧化性和分散性，同時還具備較高的飽和磁化強度。使用高精度流變儀，對其流變性能和粘彈性行為進行了詳細的研究，結果表明Fe@SiO2磁性液體具有良好的磁流變性能和獨特的線性粘彈性特征。這種磁性液體與眾不同的力學行為是由其功能獨特的磁性核殼微粒Fe@SiO2決定的。同時，微粒與基液間的相互作用對磁性液體的流變性能也有重要影響。
　　 其次，建立磁性納米顆粒在復雜流體中的動力學方程組

4、，使用分子動力學模擬研究了磁性納米顆粒在多場耦合下形成的微觀結構及其對磁性液體流變性能的影響。磁性液體內(nèi)部微觀結構的形貌、尺寸和分布會強烈影響其力學行為，因而對磁性液體微觀機理的研究具有十分重要的意義。分子動力學模擬，是一種在原子層次上探究材料內(nèi)部結構和各種力學行為的有效方法。通過對磁性液體分別在靜態(tài)、受穩(wěn)態(tài)剪切和壓縮載荷作用下的分子動力學模擬及其與實驗測試數(shù)據(jù)的對比，證明在外加磁場下，磁性液體中的磁性納米顆粒將沿磁場方向形成鏈狀有序結