纳米MnZn颗粒磁流体的制备与密封性研究
纳米MnZn颗粒磁流体的制备与密封性研究[20200406141522]
摘 要
磁流体在高科技领域中的前景广阔，其应用领域已经遍及医学、生物学、物理电子学等。磁流体不但具有磁性,同时还能像液体一样具有流动性。本文先对磁流体的组成成分以及磁流体的分类、应用进行了概括性描述，然后在比较各种方法后，决定采用化学共沉淀法来制备Mn-Zn颗粒磁流体。由于磁流体密封特性的商业价值在慢慢被挖掘与使用，本文重点对磁流体的密封性以及影响密封器件耐压能力的一些因素进行了探讨和研究。
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关键字:Mn-Zn磁流体制备密封性
目 录
1绪论 1
1.1 磁流体的简介 1
1.2 Mn-Zn颗粒磁流体的发展历程 1
2 Mn-Zn颗粒磁流体 3
2.1 Mn-Zn颗粒磁流体的构成 3
2.1.1 锰锌磁性纳米粒子 3
2.1.2 基液 4
2.1.3 表面活性剂 4
2.2 磁流体的分类 5
2.3 Mn-Zn颗粒磁流体的特性介绍 5
2.4 Mn-Zn颗粒磁流体的应用 7
3纳米Mn-Zn颗粒磁流体的制备 9
3.1 成熟的制备磁流体的方法 9
3.2 Mn-Zn颗粒磁流体的制备 9
3.2.1 制备纳米Mn-Zn颗粒的原理方程式 10
3.2.2 实验用品清单表 10
3.2.3 制备纳米Mn-Zn颗粒磁流体的步骤 10
3.2.4 制备纳米Mn-Zn颗粒磁流体的注意点 11
3.2.5 化学共沉淀法的优缺点 11
4磁流体密封性研究 12
4.1磁流体密封性的发展历程 12
4.2磁流体密封的原理 12
4.3磁流体密封性 12
4.3.1密封性特点 12
4.3.2影响密封性的因素 13
4.4磁流体密封技术的应用 17
结论与展望 18
参考文献 19
致谢 20
1绪论
1.1 磁流体的简介
电子工业的迅猛发展使电子器件开始大批量的使用磁性材料，而Mn-Zn纳米颗粒磁流体被作为主要的应用。由此发展起来一个热门的科学技术：Mn-Zn颗粒磁流体技术。
磁流体概念的出现，掀起了科学家们研究的狂潮，同时也推进了磁流体的发展。将纳米Mn-Zn颗粒磁流体与其类别相同的其他金属磁性材料相比较，它本身的优势就在于：当它被放在变化的磁场中时，会产生涡流，其导致产生的能量损耗会很小，而且电阻率高、性能好，由于它的保磁力低以及由于无功功率造成的损耗小和高磁导率等物理化学的特性，因此电子工业中都大量应用这种材料。现在人们更多着重研究可以使得它们在各种环境场合中都能合适使用的磁流体材料，比如传感器以及磁记录仪等就是其中的一些典型的应用。
磁性材料不仅仅局限于一种或者几种，它的品种非常丰富。可是一般的这种带有磁性的物质都是固体形态的，导致很难向各个行业推广，所以为了解决这样一种困境，一种以液体形式存在而且带有磁性的材料，即磁流体，就被发明出来了。磁流体是极其稳定的。它的构成部分包括只有纳米级的固体磁性颗粒、表面活性剂和液体形态的基液。根据它的构成，我们可以看出磁流体不仅跟固体磁性材料一样也具有磁性，它还像液体材料一样具备流动性。如果有外加磁场时，这两种不同的性质就会在同一时间表现出来。
1.2 Mn-Zn颗粒磁流体的发展历程
多年来，全球的科学技术处在飞速的发展之中，随之而来的磁流体应用领域也跟着不断地壮大发展，这样一种全球性的研究趋势很快将它的应用延伸到电子、能源、化工、医疗等诸多领域。其实早在1960年，人们就慢慢对磁流体的各种性质以及运用进行了研究。最早的是在美国宇航局在他们的航天计划中用磁流体来对太空服进行密封。就像由于磁流体润滑的发展运用能让器械的使用寿命得以更多的被延长，当加入一点点的磁流体到一般扬声器的音圈中的时候，就可以对它的功能作用有改良效果；在临床医学上应用磁流体，就是让磁流体来携带治疗药品，附加磁场来操控，磁流体就可以带着药物沿着预想的方向运动到达患部进行治疗。磁流体的相关性能测试以及标准问题还是不够全面的，所以一些实质性的研究进展结果也有可能因为商业价值而被保密。
我国起步比较迟，对其深入的研究其实在七十年代。纳米磁流体的一大优点还有它的传热性质和密封性质。但是过去科学家都将这一良好的应用前景给忽略了。由于科学家们对磁流体的钻研越来越深刻，研究人员慢慢将这两种特性应用于行业生产中，如在电子行业都会采用这项运用。国内虽然起步较晚，但是令人欣慰的是，通过研究人员的不懈努力，我国已经在铁磁流体理论研究方面取得了突出性进展。但众所周知，国内与国外还存在很大的差距，国内应加快研究的步伐，争取早日赶上发展国家的水平。
经济全球化使2008的经济危机对磁流体的发展冲击特别大，但近5年的销售利润率还是呈增长趋势，这也意味着这些研发、生产、销售集一体的公司的竞争也越来越激烈。企业必须紧紧抓住发展的机遇，加大研发，早日找到商用的销售模式，推进国家这样一种新兴产业的发展。
2 Mn-Zn颗粒磁流体
上文对铁磁流体一些概念、背景与发展前景等进行了讨论和研究。第二章我们将仔细探究Mn-Zn颗粒磁流体的组成成分以及这些组成部分的应用特点。
2.1 Mn-Zn颗粒磁流体的构成
Mn-Zn颗粒磁流体的构成：（1）锰锌磁性纳米粒子；（2）基载液；（3）表面活性剂，如图2.1所示。
图2.1 构成成分图
纳米粒子小到一定值时就会变成超顺磁状态，即超顺磁性液体，此时不仅仍保持它的磁性，还能像水一样流动。如图2.2所示。
图2.2 超顺磁性液体图
2.1.1 锰锌磁性纳米粒子
公元前指南针的发明就意味着中国人开始了对磁性材料的学习和研究，而纳米（约三、四个原子的宽度）材料在新世纪得到快速的发展。锰锌合金纳米粉体半径仅是纳米量级（5纳米以下），但就是这样一种纳米级粉体的小尺寸效应与表面效应决定了磁流体的磁性。磁流体之所以能有磁性，原因就在于其中的带有磁性的固体颗粒。磁性粒子大致可以分成以下几类：a、铁的氧化物，如锰锌合金；b、纯金属，如铁；c、磁性合金，如CoPt3等等。其中氮化铁磁性纳米粒子比较不稳定，容易变质[4]。
2.1.2 基液
磁流体中的流动基液不仅决定着磁流体的沸点、凝固点等物理特性，还决定着表面活性剂的种类，因为选用表面活性剂时，必须与基液的性质相适应。由此可知,对磁流体进行研究与推广时，如果研究的条件与种类不同，那么相应的所选取的基液也必须不同。磁流体中的流动基液一般要求粘度比较低、不易挥发、稳定性比较强、能耐高温，否则的话，就很难制备出稳定的，性能好的磁流体。
基液也可以被分为很多种，可以根据它的性质来分类，也可以根据它的用途来分类。下表是基液的一种分类方式。如图表2.1。
表2.1 Mn-Zn颗粒磁流体基液的分类
2.1.3 表面活性剂
表面活性剂，也叫稳定剂。表面活性剂的使用解决了磁性粒子作为无机类固体微粒的一些缺陷。表面活性剂的亲油基团是不显示电性的，而亲水基团是显电性的。表面活性剂颗粒的大小和磁流体纳米颗粒尺寸近似，它在磁流体中的作用原理就在于，它的两个基团在长分子的各一端，它们的作用就是带电端能够与化学键或者范德华力等产生相互作用从而跟纳米微粒紧紧粘接在一起，而不显电性的那端则是在载液中漂浮。而且有了保护膜包裹了磁性纳米颗粒以后，如果粒子想要相互靠近，表面活性剂分子在外面的那一端的电荷的极性是一样的，因而会相互排斥，这样这些颗粒就被相互分离。
摘 要
磁流体在高科技领域中的前景广阔，其应用领域已经遍及医学、生物学、物理电子学等。磁流体不但具有磁性,同时还能像液体一样具有流动性。本文先对磁流体的组成成分以及磁流体的分类、应用进行了概括性描述，然后在比较各种方法后，决定采用化学共沉淀法来制备Mn-Zn颗粒磁流体。由于磁流体密封特性的商业价值在慢慢被挖掘与使用，本文重点对磁流体的密封性以及影响密封器件耐压能力的一些因素进行了探讨和研究。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:Mn-Zn磁流体制备密封性
目 录
1绪论 1
1.1 磁流体的简介 1
1.2 Mn-Zn颗粒磁流体的发展历程 1
2 Mn-Zn颗粒磁流体 3
2.1 Mn-Zn颗粒磁流体的构成 3
2.1.1 锰锌磁性纳米粒子 3
2.1.2 基液 4
2.1.3 表面活性剂 4
2.2 磁流体的分类 5
2.3 Mn-Zn颗粒磁流体的特性介绍 5
2.4 Mn-Zn颗粒磁流体的应用 7
3纳米Mn-Zn颗粒磁流体的制备 9
3.1 成熟的制备磁流体的方法 9
3.2 Mn-Zn颗粒磁流体的制备 9
3.2.1 制备纳米Mn-Zn颗粒的原理方程式 10
3.2.2 实验用品清单表 10
3.2.3 制备纳米Mn-Zn颗粒磁流体的步骤 10
3.2.4 制备纳米Mn-Zn颗粒磁流体的注意点 11
3.2.5 化学共沉淀法的优缺点 11
4磁流体密封性研究 12
4.1磁流体密封性的发展历程 12
4.2磁流体密封的原理 12
4.3磁流体密封性 12
4.3.1密封性特点 12
4.3.2影响密封性的因素 13
4.4磁流体密封技术的应用 17
结论与展望 18
参考文献 19
致谢 20
1绪论
1.1 磁流体的简介
电子工业的迅猛发展使电子器件开始大批量的使用磁性材料，而Mn-Zn纳米颗粒磁流体被作为主要的应用。由此发展起来一个热门的科学技术：Mn-Zn颗粒磁流体技术。
磁流体概念的出现，掀起了科学家们研究的狂潮，同时也推进了磁流体的发展。将纳米Mn-Zn颗粒磁流体与其类别相同的其他金属磁性材料相比较，它本身的优势就在于：当它被放在变化的磁场中时，会产生涡流，其导致产生的能量损耗会很小，而且电阻率高、性能好，由于它的保磁力低以及由于无功功率造成的损耗小和高磁导率等物理化学的特性，因此电子工业中都大量应用这种材料。现在人们更多着重研究可以使得它们在各种环境场合中都能合适使用的磁流体材料，比如传感器以及磁记录仪等就是其中的一些典型的应用。
磁性材料不仅仅局限于一种或者几种，它的品种非常丰富。可是一般的这种带有磁性的物质都是固体形态的，导致很难向各个行业推广，所以为了解决这样一种困境，一种以液体形式存在而且带有磁性的材料，即磁流体，就被发明出来了。磁流体是极其稳定的。它的构成部分包括只有纳米级的固体磁性颗粒、表面活性剂和液体形态的基液。根据它的构成，我们可以看出磁流体不仅跟固体磁性材料一样也具有磁性，它还像液体材料一样具备流动性。如果有外加磁场时，这两种不同的性质就会在同一时间表现出来。
1.2 Mn-Zn颗粒磁流体的发展历程
多年来，全球的科学技术处在飞速的发展之中，随之而来的磁流体应用领域也跟着不断地壮大发展，这样一种全球性的研究趋势很快将它的应用延伸到电子、能源、化工、医疗等诸多领域。其实早在1960年，人们就慢慢对磁流体的各种性质以及运用进行了研究。最早的是在美国宇航局在他们的航天计划中用磁流体来对太空服进行密封。就像由于磁流体润滑的发展运用能让器械的使用寿命得以更多的被延长，当加入一点点的磁流体到一般扬声器的音圈中的时候，就可以对它的功能作用有改良效果；在临床医学上应用磁流体，就是让磁流体来携带治疗药品，附加磁场来操控，磁流体就可以带着药物沿着预想的方向运动到达患部进行治疗。磁流体的相关性能测试以及标准问题还是不够全面的，所以一些实质性的研究进展结果也有可能因为商业价值而被保密。
我国起步比较迟，对其深入的研究其实在七十年代。纳米磁流体的一大优点还有它的传热性质和密封性质。但是过去科学家都将这一良好的应用前景给忽略了。由于科学家们对磁流体的钻研越来越深刻，研究人员慢慢将这两种特性应用于行业生产中，如在电子行业都会采用这项运用。国内虽然起步较晚，但是令人欣慰的是，通过研究人员的不懈努力，我国已经在铁磁流体理论研究方面取得了突出性进展。但众所周知，国内与国外还存在很大的差距，国内应加快研究的步伐，争取早日赶上发展国家的水平。
经济全球化使2008的经济危机对磁流体的发展冲击特别大，但近5年的销售利润率还是呈增长趋势，这也意味着这些研发、生产、销售集一体的公司的竞争也越来越激烈。企业必须紧紧抓住发展的机遇，加大研发，早日找到商用的销售模式，推进国家这样一种新兴产业的发展。
2 Mn-Zn颗粒磁流体
上文对铁磁流体一些概念、背景与发展前景等进行了讨论和研究。第二章我们将仔细探究Mn-Zn颗粒磁流体的组成成分以及这些组成部分的应用特点。
2.1 Mn-Zn颗粒磁流体的构成
Mn-Zn颗粒磁流体的构成：（1）锰锌磁性纳米粒子；（2）基载液；（3）表面活性剂，如图2.1所示。
图2.1 构成成分图
纳米粒子小到一定值时就会变成超顺磁状态，即超顺磁性液体，此时不仅仍保持它的磁性，还能像水一样流动。如图2.2所示。
图2.2 超顺磁性液体图
2.1.1 锰锌磁性纳米粒子
公元前指南针的发明就意味着中国人开始了对磁性材料的学习和研究，而纳米（约三、四个原子的宽度）材料在新世纪得到快速的发展。锰锌合金纳米粉体半径仅是纳米量级（5纳米以下），但就是这样一种纳米级粉体的小尺寸效应与表面效应决定了磁流体的磁性。磁流体之所以能有磁性，原因就在于其中的带有磁性的固体颗粒。磁性粒子大致可以分成以下几类：a、铁的氧化物，如锰锌合金；b、纯金属，如铁；c、磁性合金，如CoPt3等等。其中氮化铁磁性纳米粒子比较不稳定，容易变质[4]。
2.1.2 基液
磁流体中的流动基液不仅决定着磁流体的沸点、凝固点等物理特性，还决定着表面活性剂的种类，因为选用表面活性剂时，必须与基液的性质相适应。由此可知,对磁流体进行研究与推广时，如果研究的条件与种类不同，那么相应的所选取的基液也必须不同。磁流体中的流动基液一般要求粘度比较低、不易挥发、稳定性比较强、能耐高温，否则的话，就很难制备出稳定的，性能好的磁流体。
基液也可以被分为很多种，可以根据它的性质来分类，也可以根据它的用途来分类。下表是基液的一种分类方式。如图表2.1。
表2.1 Mn-Zn颗粒磁流体基液的分类
2.1.3 表面活性剂
表面活性剂，也叫稳定剂。表面活性剂的使用解决了磁性粒子作为无机类固体微粒的一些缺陷。表面活性剂的亲油基团是不显示电性的，而亲水基团是显电性的。表面活性剂颗粒的大小和磁流体纳米颗粒尺寸近似，它在磁流体中的作用原理就在于，它的两个基团在长分子的各一端，它们的作用就是带电端能够与化学键或者范德华力等产生相互作用从而跟纳米微粒紧紧粘接在一起，而不显电性的那端则是在载液中漂浮。而且有了保护膜包裹了磁性纳米颗粒以后，如果粒子想要相互靠近，表面活性剂分子在外面的那一端的电荷的极性是一样的，因而会相互排斥，这样这些颗粒就被相互分离。
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