磁性液体

磁性液体

磁性液体(Magnetic Liquids)，又称磁流体(Magnetic Fluids)、铁磁性流体(Ferromagnetic fluids)、磁性胶体(Magnetic Colloids)。它是由纳米级(一般小于10nm)的磁性颗粒(Fe3O4 ,γ- Fe2O3 ,Fe ,CO,N ,Fe-CO-N合金、a-Fe3N及γ-Fe4N等)，通过界面活性剂(梭基、胺基、轻基、醛基、硫基等)高度地分散、悬浮在载液(水、矿物油酒旨类、有机硅油、氟醚油及水银等)中，形成稳定的胶体体系。即使在重力、离心力或强磁场的长期(5-8年)作用下，不仅纳米级的磁性颗粒不发生团聚现象，保持磁性能稳定，而且磁性液体的胶体也不被破坏。这种胶体的磁性材料被称为磁性液体。

磁性液体既具有一般软磁体的磁性，又具有液体的流动性。磁性液体中的纳米级磁发达到饱和。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。随着外磁场强度的增加，磁化强度也成正比的增加。达到饱和磁化后，磁场再增加时，磁化强度也不再增加。当外加磁场消失后，磁性颗粒立即退磁，几乎没有磁滞现象，其磁滞回线呈对称”S”型。这种具有液体流动性的磁性材料才是真正的磁性液体。

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。在1965年获得世界上第一个具有实际应用的制备磁性液体的专利。他是将磁铁矿粉、界面活性剂(油酸)和润滑油混合在一起，在球磨机中球磨，最后利用离心方法去掉大颗粒而研制成功的。1966年，日本东北大学饭坂润三也研制成功，从此开始了磁性液体的广泛应用。尤其是W. Ostwald等人利用化学反应也制取了具有一定磁性能的胶体。不过这种磁性胶体或因为磁性颗粒的直径过大，或因为界面活性剂选择不当等原因，使得磁性胶体极不稳定，很难获得应用，因此也未获得足够的重视。60年代美国和日本研制成功后，人们对磁性液体的特殊性能进行了广泛的探索和研究，并把它应用于科学实验和工业装置中。美国60年代成立了磁性液体公司，专门从事磁性液体的应用研究。苏联、英国、法国也相继开展磁性液体的技术研究。中国于70年代开始磁性液体的研制及应用研究。这种新型功能材料已在航天航空、冶金机械、化工环保、仪器仪表、医疗卫生、国防军工等领域获得广泛应用。

磁性液体的发展按纳米级磁性颗粒被利用的时间顺序及特性可以分成3个阶段。60年代初，第一代铁氧体磁性液体(ferrite magnetic fluids)问世。80年代第二代金属磁性液体(metal magnetic fluids)出现。进入90年代日本研制出第三代氮化铁磁性液体(( i roir nitrifle magnetic fluids)。第一代铁氧体磁性液体问世解决了有无问题，第二代金属磁性液体的出现把磁性能提得更高(Ms:0.17T(1700 Gs) )，第三代氮化铁磁性液体既具有良好的抗腐蚀性能又具有较高的磁性能。

磁性液体的特性是磁性颗粒、界面活性剂及载液性能的综合表征。作为一种特殊的胶体体系，磁性液体同时兼有软磁性和流动性，因此它具有特殊的物理特性化学特性及流体特性。

磁性液体最基本的性能是它集固体的磁性和液体的流动性于一体，单畴的磁性粒子能自发磁化至饱和，同时因粒子尺寸微小，再加上界面表面活性剂的影响，颗粒间的范德华力得以克服，在重力和颗粒间磁相互作用下，颗粒悬浮在载液中呈布朗运动，每个颗粒磁矩取向完全随机，表现出超顺磁性。具有流动性的磁性液体，在外加磁场作用下，其磁化强度随外加磁场强度的增大而增大，而且无磁滞现象，矫顽力和剩磁均为零。在外加磁场作用下，磁性液体的其它物理性质如粘滞性、流变性等也发生了显著的变化。在外加磁场时，磁性液体中的磁颗粒按磁场方向排列，产生双折射现象和二向色性。磁性液体的粘度随外加磁场的增大而增大，在磁场作用下，磁性液体表现出良好的流变性能，如在均匀横向磁场中磁性液体的流动状态为紊流结构，在旋转磁场中则表现为涡流状态。利用磁性液体的这些特性，磁性液体可以应用于选矿冶金、磁密封、光传感器、磁光开关、新型扬声器、磁热交换装置、医疗等各个方面。

Advanced Dynamic Process Seals

磁性液体目前最广泛的应用是动态密封，特别是用于封真空、封气体或用于防尘等。例如x射线衍射仪的转靶的真空密封、气流分级系统的防尘泄漏等等。磁性液体密封适用领域

防尘密封:硬盘（HARD DISK）、气流粉碎（分级）机……

真空密封:电子显微镜、电子衍射仪、CVD装置、单晶炉、真空加热炉……

气体密封:可用于多种气体密封的场合（如煤气风机转轴部位）

其它应用

直接替用

特别设计的密封连接器具有多种外形和尺寸，可以直接在多种系统中使用，替代原有装置。

特殊要求

对于特殊场合应用，可提供特别设计。

可按原系统结构进行改造设计；

可提供更大负载能力型号；

可加水冷，满足更高使用温度

主要特点

∙无磨损，因为磁性液体具有液体的性质，并且由于基液具有润滑性，所

以还可起润滑作用。

∙密封度好，用于真空时可以达10-5Pa，现我们正努力实现10-7Pa的目标。

∙无泄漏。

磁性液体密封器件使用简单，基本不改变原有机械结构，我们可以提供磁性液体的密封设计。

磁性液体密封技术是在磁性液体的基础上发展的，与传统密封技术相比具有：1．“零”泄漏，泄漏率低于质谱仪可测范围（10-11Pa.m3/sec）。2．长寿命，无磨损，工作可靠。3．无污染，没有密封材料磨损产生的颗粒。4．低阻力，高转速。

磁性液体真空密封连接器是一种能够在两个相对封闭的空间内提供相互的可靠旋转连接的装置。全系列的设计使其在多种场合得到广泛应用，例如单晶硅炉、各类镀膜设备、气相沉积、液晶再生、半导体刻蚀系统等超高真空系统和设备。

磁性液体真空密封连接器组件根据各类常用真空设备使用的真空旋转轴连接器技术参数设计制造，可直接替代相应的真空密封连接器使用，基本不需对原设备进行改造。

连接轴具有实心和空心两大类型号，方便不同应用需要。

特殊要求可增加水冷装置或提供更大负载能力。

特殊型号可特别设计制造。

磁性液体由于技术含量高，制备工艺复杂，应用领域广，尽管国际上已研究发展了很多年（美国是最早开始研究磁性液体技术，并首先在航天、军事等领域应用的），国际上对磁性液体的研究仍很活跃，不断有新的应用领域被发现，新的应用技术被提出，如近年磁性纳米微粒（磁性液体）在医疗上特别在防治肿瘤等领域中的应用就是一个研究热点。

我们在磁性液体技术上进行了大量研究和开发，开发成功扬声器用磁液和密封用磁性液体并在相应领域应用，本单位目前正在致力于开发磁性液体阻尼器及磁性液体轴承电机，同时也欢迎相关行业如微电机行业能与我们合作，共同开发。

磁性液体阻尼器