一种磁性颗粒饱和磁化强度的测量装置和测量方法

摘要

本发明提供了一种磁性颗粒饱和磁化强度的测量装置和测量方法。测量装置由分析天平、玻璃防风罩、支撑架、称量盒、磁铁、支撑板、旋转柱和支撑柱组成；玻璃防风罩安装在分析天平上，玻璃防风罩为四面防风，无顶面；支撑架固定在分析天平的称量盘上；称量盒放在支撑架上；支撑板安装在旋转柱上，支撑板上安装磁铁。测量方法是把支撑板旋离玻璃防风罩上方，放入空称量盒，去皮；往称量盒中放入少量样品，把称量盒放在支撑架上，且位于磁铁正下方，称量得到样品质量，去皮；旋转支撑板至支撑柱上，稳定后读取天平数值；根据装置设计参数，确定样品的饱和磁化强度。该装置具有设计简单紧凑，制造成本低和操作简便的特点。

说明书

技术领域

本发明专利涉及材料磁性测量领域，特别地涉及一种磁性颗粒饱和磁化强度的测量装置和测量方法。

技术背景

近年来，磁性颗粒在各个学科领域都引起了人们的广泛兴趣，这些领域包括磁流体、催化剂、吸附剂、核磁共振成像、生物医药以及数据存储等。对于磁性颗粒而言，磁化强度特别是饱和磁化强度是其应用的关键参数之一。

目前测量磁性颗粒磁化强度的方法主要有：磁天平法和电磁感应法。磁天平法的代表装置是古埃磁天平，其测量原理是：样品管底部(装有磁性样品)处于电磁铁两极的中心，样品管可沿两极间的中心线向上运动，通过天平分别测量装有磁性样品的样品管和不装样品的样品管在有/无外加磁场时的质量变化，从而估计饱和磁化强度。磁天平法的测量精度受限于以下两点：(1)样品是否能保持在电磁铁两极间的中心线上移动；(2)两个电铁磁的磁场是否完全对称。电磁感应法的代表装置是振动样品磁强计(VSM)，其测量原理是：磁性颗粒样品被磁场磁化后，可近似看作一个磁偶极子，磁性颗粒样品振动如同偶极子振动，通过检测线圈测量样品附近的磁通量变化来确定磁化强度。电磁感应法可以得到磁滞回线和饱和磁化强度，但检测装置复杂且昂贵。如何快速、准确和低成本地检测是目前饱和磁化强度测量面临的问题。

发明内容

本发明提供了一种磁性颗粒饱和磁化强度的测量装置和测量方法，改善了现有技术的不足，通过磁铁、称量盒以及分析天平能快速确定磁性颗粒在磁场中所受的磁力，在此基础上通过磁性颗粒材料在强磁场下所产生的磁力与自身重力之比与其饱和磁场强度呈正比的关系 (此线性关系参数为实验装置的设计参数)来确定颗粒的饱和磁化强度，该装置具有设计简单紧凑，制造成本低和操作简便的特点。

为了实现上述目标，本发明提供了一种磁性颗粒饱和磁化强度的测量装置，由分析天平 (1)、玻璃防风罩(2)、支撑架(3)、称量盒(4)、磁铁(5)、支撑板(6)、旋转柱(7)和支撑柱(8)组成；玻璃防风罩(2)安装在分析天平(1)上，玻璃防风罩(2)为四面防风，无顶面；支撑架(3)固定在分析天平(1)的称量盘(11)上；称量盒(4)放在支撑架(3) 上；支撑板(6)安装在旋转柱(7)上，支撑板(6)上安装磁铁(5)。

上述的支撑架(3)为无磁轻质材料，高度不小于40cm，玻璃防风罩(2)应比支撑架(3)高，且水平高度差不大于1.2cm。

上述的称量盒(4)为带盖圆柱形结构，采用无磁轻质材料，其直径不超过磁铁(5)直径的1/2，高度应不高于1.2cm，称量盒(4)盖子的厚度不超过1mm。

上述的支撑板(6)为无磁刚性材料，可通过旋转柱(7)旋转至支撑柱(8)上，在旋转柱(7)和支撑柱(8)的支撑作用下，支撑板(6)能保持水平，支撑板(6)的厚度不超过 1.5mm，支撑板(6)底面的水平高度比玻璃防风罩(2)高1-2mm。

上述的磁铁(5)可以是永磁铁或电磁铁，且能够在距离磁铁表面中心3mm处产生不低于0.5特斯拉的磁场强度。

本发明还提供了一种磁性颗粒饱和磁化强度的测量方法，具体测量步骤如下：首先把支撑板(6)旋离玻璃防风罩(2)上方，放入空称量盒(4)，去皮；往称量盒(4)中放入少量样品(颗粒尺寸应小于0.2mm，最好单层平铺)，把称量盒(4)放在支撑架(3)上，且位置位于磁铁(5)正下方，称量得到样品质量(记为M1)，去皮；旋转支撑板(6)至支撑柱 (8)上，稳定后读取天平数值(记为M2)；根据已知样品的磁力/质量(即-M2/M1)与饱和磁化强度的线性关系标定所得到的装置设计参数，确定样品的饱和磁化强度。

本发明提供的一种磁性颗粒饱和磁化强度的测量装置和测量方法，其优点在于：①通过磁铁(5)、称量盒(4)和分析天平(1)能快速确定磁性颗粒在磁场中所受的磁力大小，该装置设计简单紧凑且制造成本低。②通过已知磁性颗粒材料在较强磁场下所产生的磁力与自身重力之比(即-M2/M1)与其饱和磁场强度呈正比的关系来标定实验装置的设计参数，进而确定颗粒的饱和磁化强度，测量方法快速简便。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图

图2为支撑板、旋转柱和支撑柱的俯视示意图

图3磁力/质量比与饱和磁化强度(采用振动样品磁强计测量)的线性关系图

具体实施方法

以下列举1个实施例用于说明本发明的效果，但本发明的要求范围并非仅限于此。

如图1和图2所示，一种磁性颗粒饱和磁化强度的测量装置，由分析天平(1)、玻璃防风罩(2)、支撑架(3)、称量盒(4)、磁铁(5)、支撑板(6)、旋转柱(7)和支撑柱(8) 组成；玻璃防风罩(2)安装在分析天平(1)上，玻璃防风罩(2)为四面防风，无顶面；支撑架(3)固定在分析天平(1)的称量盘(11)上；称量盒(4)放在支撑架(3)上；支撑板(6)安装在旋转柱(7)上，支撑板(6)上安装磁铁(5)。

支撑架(3)为无磁轻质材料(如有机玻璃)，高度为50cm，玻璃防风罩(2)应比支撑架(3)高，且水平高度差为1cm。

称量盒(4)为带盖圆柱形结构，采用无磁轻质材料(如聚丙烯)，其直径为磁铁(5)直径的1/2，高度为1cm，称量盒(4)盖子的厚度为0.6mm。

支撑板(6)为无磁刚性材料(如钢化玻璃)，可通过旋转柱(7)旋转至支撑柱(8)上，在旋转柱(7)和支撑柱(8)的支撑作用下，支撑板(6)能保持水平，支撑板(6)的厚度为1mm，支撑板(6)底面的水平高度比玻璃防风罩(2)高1mm。

磁铁(5)为圆柱形的烧结钕铁硼永磁铁，且能够在距离磁铁表面中心3mm处产生0.8 特斯拉的磁场强度。

一种磁性颗粒饱和磁化强度的测量方法，具体步骤如下：首先把支撑板(6)旋离玻璃防风罩(2)上方，放入空称量盒(4)，去皮；往称量盒(4)中放入少量样品(颗粒尺寸为120-150 目，最好单层平铺)，把称量盒(4)放在支撑架(3)上，且位置位于磁铁(5)正下方，称量得到样品质量(记为M1)，去皮；旋转支撑板(6)至支撑柱(8)上，稳定后读取天平数值(记为M2)；根据标定过的装置设计参数，计算出样品的饱和磁化强度。其中，根据磁力与质量之比(即-M2/M1)与饱和磁化强度的线性关系(即图3)可知，本案例中斜率(K＝0.5348) 即为装置设计参数。此外，样品所受磁力应小于称量盒(6)的自身重力。

基于上述测量方法，三种磁性颗粒样品的饱和磁化强度如下表。