不同载液高稳定磁性液体的制备及性能研究

摘要

磁性液体是一种同时具有流动性和磁学性能的功能材料，它在机械、仪表、化工以及生物医学等方面都有广泛应用。磁性液体在磁场环境下工作，稳定性的好坏和磁学性能的优劣直接影响着其工作寿命和使用性能。制备适用于不同工作环境的高稳定磁性液体是目前该领域的研究热点。另外，优化现有磁性液体的制备工艺，或者提出一种新的制备方法，解决表面活性剂对磁性粒子钉扎作用较弱的问题也是目前研究的一个重要方向。
　　本文制备了可应用于高温环境的金属镓液磁性液体，并探讨了不同处理工艺对稳定性和磁学性能的影响。利用TEM、VSM、EDS、XRD、GMB等对磁性颗粒和磁性液体进行了表征，结果表明，经包覆处理后的镍颗粒表面出现了包覆层，结合EDS分析，确定了包覆层的成分，证明了Al2O3和SiO2分别成功包覆在Ni颗粒表面;通过对磁性颗粒进行表面包覆改性提高金属镓液磁性液体的稳定性时，以Al2O3作为镍颗粒的包覆层制备的磁性液体比SiO2作为包覆层时磁增重随时间的变化趋势更小，磁性液体更稳定，且磁学性能更好;通过对金属镓液磁性液体进行热处理的方法提高其稳定性时，发现进行573K热处理后，磁性液体虽然磁增重较低，但是稳定性明显提高。对两种不同处理工艺机理进行了分析，认为导致热处理后磁性液体的磁增重降低的原因是镍颗粒的表面层已经部分被反应消耗掉，导致磁性消失。
　　本文同时提出了一种用微乳液作为基载液制备磁性液体的新方法。选用正己烷为油相、Brij-30为乳化剂、Fe2+和Co2+混合溶液及NaBH4溶液分别为水相，制备了磁性液体，发现当Fe2+和Co2+混合溶液的浓度范围在1.0M到1.2M之间、NaBH4溶液的浓度为2M、各相体积比为正己烷∶水相溶液∶Brij-30=9∶3∶3时，微乳液体系的稳定性最好。以此微乳液制备的水/正己烷基FeCoB磁性液体的饱和磁化强度为4.9emu/g，剩磁和矫顽力几乎为零，具有超顺磁性;同时，水/正己烷基FeCoB磁性液体具有高的稳定性和分散恢复能力，在H=110mT和H=210mT时的分散恢复系数分别为71.2％和65.4％;另外，水/正己烷基FeCoB磁性液体表现出明显的磁粘效应，在无外磁场时粘度的对数值为0.75，在外加磁场为500Gs和1100Gs时粘度对数值分别能达到3.2和4.5。
　　最后，优化了水/正己烷基FeCoB磁性液体的制备工艺。选用司盘-80和OP-10为微乳液的乳化剂，发现当体积比为正己烷∶司盘-80∶OP-10∶水=14∶3∶3∶6时，制备的水/正己烷基FeCoB磁性液体不仅能够保证磁场环境下长时间的稳定性，并且能够明显提高饱和磁化强度，饱和磁化强度值能达到12.9emu/g。

目录

声明

摘要

本文的主要创新点与主要贡献

第一章 绪论

1．1．1 磁性液体的结构与分类

1．1．2 磁性液体的制备

1．1．3 磁性液体的基本特性

1．1．4 磁性液体的应用

1．2 影响磁性液体稳定性的因素

1．2．1 微粒间的相互作用

1．2．2 磁性微粒的大小

1．2．3 磁性微粒的体积分数

1．2．4 磁性液体的Q值

1．3 金属载液磁性液体稳定性的研究现状

1．4 水／油基载液磁性液体稳定性的研究现状

1．5 本课题主要研究目的及内容

第二章 实验及研究方法

2．1 研究方案与技术路线

2．2 实验材料

2．3 表征及测试方法

2．3．1 X射线衍射分析

2．3．2 扫描电镜分析

2．3．3 透射电镜分析

2．3．4 动态光散射分析

2．3．5 磁增重分析

2．3．6 振动样品磁强计分析

第三章 镓基载液磁性液体的制备及性能研究

3．1 引言

3．2．1 Ni@Al2O3颗粒的制备

3．2．3 镓基载液磁性液体的制备

3．3 工艺条件对镓基磁性液体的性能影响

3．3．1 工艺条件对颗粒结构及形貌的影响

3．3．2 工艺条件对颗粒磁学性能的影响

3．3．3 工艺条件对磁性液体磁学性能的影响

3．3．4 工艺条件对磁性液体稳定性的影响

3．4 本章小结

4．1 引言

4．2 水／正己烷微乳液的配制

4．2．1 实验流程

4．2．2 金属盐浓度对微乳液稳定性的影响

4．2．3 金属盐溶液与乳化剂的配比对微乳液稳定性的影响

4．2．4 还原剂对微乳液稳定性的影响

4．2．5 还原剂溶液与乳化剂的配比对微乳液稳定性的影响

4．3 水／正己烷FeCoB磁性液体的制备

4．3．1 水／正己烷微乳液FeCoB磁性液体的制备

4．3．2 水基FeCoB磁性液体的制备

4．3．3 硅油基FeCoB磁性液体的制备

4．4 水／正己烷基FeCoB磁性液体的性能研究

4．4．1 水／正己烷基FeCoB磁性液体的磁学性能研究

4．4．2 水／正己烷基FeCoB磁性液体的稳定性研究

4．4．3 水／正己烷基FeCoB磁性液体的稳定性机理分析

4．4．4 FeCoB磁性液体的磁粘效应研究

4．5 本章小结

第五章 水／正己烷基FeCoB磁性液体制备工艺的优化

5．1 引言

5．2 工艺优化

5．3 性能表征

5．3．1 磁学性能表征

5．3．2 稳定性表征

5．4 本章小结

6．1 结论

6．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

参与科研项目

攻读硕士期间获奖情况