硅油基磁性液体的制备研究

论文摘要

磁性液体是纳米级的磁性颗粒经过表面活性剂包覆以后,高度弥散于基液之中所形成的稳定的胶体体系。磁性液体已广泛应用于密封技术、润滑技术和精密轴承技术等领域。全世界每年都有数以万计的磁性液体元器件上市。本文采用直流电弧等离子体法,在总压力为2×104Pa的50%CH4+20%H2+30%Ar的混合气氛下,蒸发纯Fe、纯Ni制备了C包覆Fe、Ni纳米粒子。利用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、X光电子谱（XPS）、化学分析、氧含量分析、热重（TG）分析和振动样品磁强计（VSM）等测试技术,研究了制备的纳米粒子的相组成、形貌、粒度、表面特性、抗氧化性能和磁性等。结果表明,获得了稳定的壳为碳层,芯为Fe、Ni的壳核结构的Fe、Ni纳米粒子。纳米粒子的形貌都接近类球形。Fe纳米粒子包覆的碳膜的厚度约为4nm,平均粒度50nm,Ni纳米粒子包覆的碳膜的厚度约为3nm,平均粒度20nm。当温度低于300℃时,在50%CH4+20%H2+30%Ar的混合气氛中制备的Fe、Ni纳米粒子的耐侯性和抗氧化性比在50%H2+50%Ar气氛下制备的强,饱和磁化强度比在纯CH4气氛下制备的大。用C包覆的Fe、Ni纳米粒子作为磁性粒子、油酸为表面活性剂、硅油（加部分硅脂）为基液制备了硅油基磁性液体。用旋转式粘度计测量了制备的磁性液体的粘度,用震动样品磁强计测量了磁性。结果表明,制备的磁性液体的粘度随着磁性粒子浓度增高而增大,随着温度的升高而减小。磁性液体的饱和磁化强度随着磁性粒子浓度增高而增大,但与磁性粒子浓度并非成完全的线性关系。磁性液体在常温（25℃）粘度为2.6-6.0×105mPa.S,高温（85℃）粘度为0.5-3.0×105mPa.S,室温下饱和磁化强度为:Fe硅油基磁性液体24.08-68.00Am2/kg,Ni硅油基磁性液体6.29-17.83 Am2/kg。经过半年的观测,结果表明,制备的硅油基磁性液体在水或石油和水的混合物中是稳定的。在H2SO4或NaOH溶液中,当H2SO4或NaOH的浓度低于5%的时具有一定的稳定性,但随着溶液中H2SO4或NaOH的浓度增加其稳定性快速下降。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 磁性液体的发展与现状
• 1.2 磁性液体的主要类型
• 1.2.1 按磁性微粒类型分类
• 1.2.2 按基液种类分类
• 1.2.3 按表面活性剂分类
• 1.3 磁性液体的制备方法
• 1.3.1 机械粉碎法
• 1.3.2 热分解法
• 1.3.3 化学共沉淀法
• 1.3.4 水溶液吸附有机相分散法
• 1.3.5 真空蒸镀法
• 1.3.6 气相液相反应法
• 1.3.7 阴离子交换树脂法
• 1.3.8 氧化沉淀法
• 1.3.9 蒸发冷凝法
• 1.3.10 其他制备方法
• 1.4 磁性液体的基本特性及表征
• 1.4.1 基本特性
• 1.4.2 磁性液体主要性能的表征方法
• 1.5 磁性液体的应用
• 1.5.1 磁性液体的润滑技术
• 1.5.2 磁性液体密封技术
• 1.5.3 磁性液体研磨技术
• 1.5.4 磁性液体传感器技术
• 1.5.5 磁性液体阻尼器
• 1.5.6 金属分选
• 1.5.7 油水分离
• 第二章 C包覆Fe、Ni磁性纳米粒子的制备与性能
• 2.1 引言
• 2.2 C包覆Fe、Ni纳米粒子的制备
• 2.3 C包覆Fe、Ni纳米粒子的相组成
• 2.3.1 C包覆Fe纳米粒子的相组成
• 2.3.2 C包覆Ni纳米粒子的相组成
• 2.4 C包覆Fe、Ni纳米粒子的形貌和粒度分布
• 2.4.1 C包覆Fe纳米粒子的形貌和粒度分布
• 2.4.2 C包覆Ni纳米粒子的形貌和粒度分布
• 2.5 C包覆Fe、Ni纳米粒子的表面组成
• 2.5.1 C包覆Fe纳米粒子的表面组成
• 2.5.2 C包覆Ni纳米粒子的表面组成
• 2.6 C包覆Fe、Ni纳米粒子的抗氧化性
• 2.6.1 C包覆Fe纳米粒子的抗氧化性
• 2.6.2 C包覆Ni纳米粒子的抗氧化性
• 2.7 C包覆Fe、Ni纳米粒子的磁性
• 2.7.1 C包覆Fe纳米粒子的磁性
• 2.7.2 C包覆Ni纳米粒子的磁性
• 2.8 本章小结
• 第三章 硅油基磁性液体的制备与性能
• 3.1 硅油基磁性液体的制备
• 3.1.1 磁性粒子、表面活性剂及载液的选择
• 3.1.2 硅油基磁性液体的制备
• 3.2 硅油基磁性液体的性能
• 3.2.1 硅油基磁性液体的粘度
• 3.2.2 硅油基磁性液体的磁性
• 3.3 硅油基磁性液体在水、石油和水混合物及酸、碱溶液中的稳定性
• 3.3.1 硅油基磁性液体在水或石油和水混合物中的稳定性
• 3.3.2 硅油基磁性液体在酸、碱溶液中的稳定性
• 3.4 本章小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢