磁流体的制备及其性质研究

论文摘要

磁流体是由磁性颗粒分散在溶剂中而形成的一种具有磁响应性的液体,其中分散在溶剂中的磁性颗粒的尺寸一般在10nm左右。磁流体中的溶剂可以是有机的也可以是无机的。在论文中我们回顾了磁流体的主要性质,和一些应用,我们认为磁流体的稳定性是因为作用在磁性颗粒的各种力的共同作用的结果。在本论文中,我们通过在碱性环境下共沉淀铁离子和亚铁离子,并利用油酸包覆沉淀出的磁性纳米颗粒,然后将颗粒分散于煤油中,从而制备得到分散性良好的煤油基磁流体。采用场发射扫描电镜、X射线衍射仪、振动样品磁强计等多种手段对合成得到得磁流体中的磁性纳米颗粒进行系统的分析测试。结果表明我们制备的磁性颗粒是平均尺寸在14nm左右的Fe3O4磁性纳米颗粒,而且制备得到的磁性纳米颗粒具有非常好的磁响应性,矫顽力非常小,饱和磁化强度比块体材料稍小,是具有超顺磁性的磁性纳米颗粒。磁流体内部的磁性颗粒在外磁场作用下会沿磁场方向定向排列,从而导致磁流体内部的各向异性。有鉴于此,我们将磁流体封装在玻璃薄片中,形成非常薄的磁流体薄片,并搭建光学实验平台,用激光垂直打在磁流体薄片上,发现在外加磁场作用下,激光会在磁流体内部发生双折射效应和二向色性。论文中我们还研究了影响双折射效应和二项色性的强弱的因数,我们发现磁流体的浓度,磁场的强弱,偏振片与磁场方向的夹角等都对这二者有影响。利用磁流体的二向色性和双折射效应,我们还研究了磁流体在外加磁场作用下的弛豫时间问题,发现磁场大小,磁流体浓度对弛豫时间都有影响。磁流体重要的磁光性质使其在实际应用中有着非常广阔的前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 磁流体的定义
• 1.2 磁流体的组成
• 1.3 磁流体的发展
• 1.4 磁流体的制备
• 1.4.1 铁酸盐系研磨法
• 1.4.2 铁酸盐系共沉淀法
• 1.4.3 铁酸盐系有机金属热解法
• 1.4.4 金属系真空蒸镀法
• 1.4.5 金属系热分解法
• 1.4.6 氮化铁系等离子CVD 法
• 1.4.7 氮化铁系气相-液相反应法
• 1.4.8 氮化铁系等离子体活化法
• 1.5 磁流体的应用
• 1.5.1 磁流体密封
• 1.5.2 磁流体研磨
• 1.5.3 磁流体阻尼
• 1.5.4 磁流体润滑
• 1.5.5 磁流体在扬声器上的应用
• 1.5.6 磁流体在分离技术方面的应用
• 1.5.7 磁流体在生物医学方面的应用
• 1.6 光的双折射现象
• 1.6.1 光的双折射现象的定义
• 1.6.2 寻常光线和非常光线
• 1.6.3 光轴及主平面
• 1.6.4 o 光和e 光的性质
• 1.7 本论文的主要研究内容
• 2 实验内容和分析测试
• 2.1 共沉淀法制备磁性颗粒
• 2.2 磁性颗粒的油酸包覆和分散
• 2.3 结构与性能分析方法
• 2.3.1 X 射线衍射（XRD）测试
• 2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）测试
• 2.3.3 振动样品磁强计（VSM）
• 2.4 磁流体磁光学性能的测试
• 3 磁流体的制备和磁性纳米颗粒的性质研究
• 3.1 煤油基磁流体的制备
• 3.2 磁性纳米颗粒的X 射线衍射仪（XRD）测试
• 3.3 磁性纳米颗粒的扫描电镜（SEM）测试
• 3.4 磁性纳米颗粒的磁性能
• 3.5 小结
• 4 磁流体薄层光学特性研究的理论模拟
• 4.1 引言
• 4.2 磁流体薄膜样品的制备
• 4.3 磁流体磁光效应的理论模型
• 4.4 实验原理
• 4.5 实验测量
• 4.6 数值模拟计算
• 4.7 实验结果分析
• 4.8 小结
• 5 磁流体的光开关效应
• 5.1 引言
• 5.2 磁流体在外磁场作用下的开关效应
• 5.3 磁流体响应时间
• 5.4 磁流体在外磁场作用下的开关机制
• 5.5 小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢