纳米磁液实验报告

harbin institute of technology 纳米技术实验报告

课程名称：纳米技术院系：航天学院微电子科

学与技术系班级： 21系设计者：王

立刚学号： 14s121034 指导教师：

哈尔滨工业大学

实验二：接触角测量实验

一、实验目的

1、在研究纳米材料时，表面润湿特性是纳米材料的重要性质，通过本实验了解润湿接触

角概念和测量原理；

2、采用高倍显微镜观测实验材料（316不锈钢，吊兰叶片，氮化硼纳米管膜）的表面微

观结构；

3、掌握用接触角测量仪测量纳米材料的接触角。

二、实验仪器、样品

jc2000c1 接触角测量仪，包括接触角测量仪主机平台，蠕动加样泵，ccd摄像头等几部分。计算

机ccd及数据处理软件，烧杯，超纯水，移液器，316不锈钢片，吊兰叶片，氮化硼纳米管

膜。

三、实验原理

所谓接触角是指在固体材料水平表面上滴一液滴，形成的固、液、气三相交界点处，气

—液界面和固—液界面两切线把液相夹在其中时所成的角θ（contact angle），如图1所示。

图1 接触角

润湿（wetting）的热力学定义是，若固体与液体接触后体系（固体和液体）的自由能g

降低，称为润湿。接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度，θ在0~180°之间，θ

＝90°可作为润湿与不润湿的界限，当θ<90°时为可润湿，材料是亲水性的；当θ>90°

时为不润湿，材料是疏水性的。

本实验使用液滴量角法，拟合分析法。量角法是将固体表面上的液滴投影到屏幕上，然

后直接测量切线与相界面的夹角，即直接测量接触角的大小。拟合分析法是选中液滴两侧的

底部，两侧的中部，和顶部五个点拟合出液滴的形貌，然后进行接触角的测量。

本实验使用的样品有三种材料，316不锈钢，吊兰叶片，氮化硼纳米管膜。316不锈钢具

有标准的不锈钢润湿特性，呈亲水性；吊兰叶片为自然界中具有特殊表面润湿效应的生物体；

氮化硼纳米管膜为仿生疏水膜。

四、实验步骤

1、接触角测量

将实验样品摆在测试台上，转动蠕动泵旋钮在样品表面加一滴水样，开机运行

jc2000-usb.exe，进入接触角测量界面，按“冻结图像”后，“保存图片”。分别测：3个实

验样品的接触角。 2、实验处理

按“量角法”，进入量角法主界面，按“开始”，选中需要计算的图形文件。先定量角器

的精度，然后，测量尺通过向上、下、左、右及旋转，至测量尺与液滴边缘相切，再下移测

量尺到液滴顶端，再将旋转测量尺，使其与液滴左端相交，即得到接触角的数值。也可以使

测量尺与液滴右端相交，此时用180°减去测量值即为接触角。

五、实验结果

1、316不锈钢片

图2 316不锈钢片上水滴形貌

图3 量角法测量玻璃接触角

图4 5点拟合分析法测量玻璃接触角

量角法：94.5°

5点拟合分析法：96°

由此可见玻璃表面为疏水表面。 2、芦荟叶片

图5 吊兰叶片上水滴形貌

图6 量角法测量吊兰叶片接触角

图7 5点拟合分析法测量吊兰叶片接触角篇三：纳米磁性液体1 纳米磁性液体

秦飞

（大连大学机械工程学院机英091）

摘要：纳米磁性液体是纳米铁磁性微粒在表面活性剂的包覆下, 稳定地分散在载液中而

形成的一种胶体体系, 同时具有磁性和流动性, 因此具有许多独特的磁学、流动力学,光学和

声学特性, 在工业领域得到广泛的应用。文章概述了纳米磁性液体的组成、特性、应用以及

当前研究进展和应用前景。

关键词：纳米磁性液体特性发展应用

一、纳米磁性液体简介

纳米磁性液体是纳米铁磁性微粒在表面活性剂的包覆下, 稳定地分散在液体中而形成的

一种胶体体系, 同时既具有固体磁性材料的磁性, 又有液体的流动性。因此具有许多独特的

磁学, 流动力学, 光学和声学特性。即使处在重力, 离心力, 磁力作用下也不会分离。磁性

液体中的纳米级磁性颗粒比单畴临界尺寸还要小, 因此它能自发达到饱和。同时由于粒子内

部的磁矩在热运动的影响下任意取向, 粒子呈超顺磁状态, 因此磁性液体也呈超顺磁状态。

一旦有外磁场的作用, 分子磁矩立刻定向排列, 对外显示磁性。经测定, 磁性液体在外磁场

的作用下, 它的“比重”会随外磁场的变化而变化。变化幅度可以从每立方厘米不足1 g 到

大于20 g。20 世纪60 年代, 美国首先把磁性液体材料用于宇航服密封材料, 随后日本也对

磁性液体的特殊性能进行广泛的探索和研究, 并把它用于科学试验和工业装置中。目前, 日、

俄、美、西欧诸国均可大量生产性能稳定的磁性液体。我国起步较晚,但先后已有20 余家单

位从事磁性液体的研制和开发应用, 与国外相比存在一定差距。

二、纳米磁性液体由来

纳米磁性液体是1965 年美国宇航局为解决太空人宇航服头盔转动密封问题由

s.s.pappel 研究成功的。纳米磁性液体是一种新型的复合材料也是一种新型的功能材料,它

具有独特的性质,开拓了新的应用领域, 许多过去无法解决的问题, 由于纳米磁性液体的出

现便迎刃而解, 因此在航空航天、化工环保、仪器仪表、医疗卫生、印刷制造、等领域获得

了广泛应用。磁性液体的发展按纳米级被利用的时间顺序及特性可以分成三个阶段。60 年代

初,第一代铁磁性液体问世。80 年代第二代金属性磁性液体出现。进入90 年代日本研制出

第三代氮化铁磁性液体。第一代铁氧体磁性液体问世解决了纳米磁性液体材料的有无问题,

第二代金属磁性液体的出现把磁性能提的更高, 第三代氮化铁磁性液体既具有良好的抗腐蚀

性能具有较高的磁性能。

三、纳米磁性液体应用

1.纳米磁性液体在航空航天潜艇中的应用

1965 年美国宇航局( nasa) 的papell 着手于宇宙空间用的宇航服可动部位的密封和火

箭用的液体燃料在失重情况下如何从燃料罐往发动机内输运的研究, 发明了磁性液体, 并取

得了专利。另外还有火箭和飞行器用的加速计也都运用了磁性液体。螺旋桨是潜艇噪声中最

主要的噪声源。各国潜艇设计者千方百计改变螺旋桨的结构设计, 来延缓和控制螺旋桨在高