简介磁性液体的应用

磁性材料 简介磁性材料的应用 应用物理 林亚南 1035006 应用物理简介磁性材料的应用林亚南 10335006 1 4 简介磁性液体的应用简介磁性液体的应用 院系 应用物理系 姓名 林亚南 学号 1035006 一 定义 磁性液体又称磁液 磁流体 磁性流体或铁磁流 体 是由强磁性粒子 基液以及界面活性剂三者混合 而成的 一种稳定的胶状溶液 该流体在静态时无磁性吸 引力 当外加磁场作用时才表现出磁性 它既具有液 体的流动性又具有固体磁性材料的磁性 正因如此 它才在实际中有着广泛的应用 在理论上具有很高的 学术价值 在电子仪表 机械 化工 环境 医疗等方面都 具有独特而广泛的应用 根据用途不同 可以选用不同的基液的产品 二 性质 由于磁性液体同时具有磁性和流动性 因此具有许多独特的磁学 流体力学 光 学和声学特性 磁性液体表现为超顺磁性 本征矫顽力为零 没有剩磁 在外磁场下 磁性液体被磁化 满足修正的伯努利方程 与常规伯努利方程相比 添加了一项磁性能 使磁性液体具有其它流体所没有的 与磁性相关联的新性质 例 如磁性液体的表观密度随外磁场强度的增加而增大 当光通过稀释的磁性液体时 会产生光的双折射效应与双向色性现象 当磁性液体 被磁化时 使相对于磁场方向具有光的各向异性 偏振光的电矢量平行于外磁场方向 比垂直于外磁场方向吸收更多 具有更高的折射率 超声波在磁性液体中传播时 其 速度及衰减与外磁场有关 呈各向异性 磁性液体在交变场中具有磁导率频散 磁粘 滞性等现象 三 应用 磁性液体的特殊性质开拓了许多新的应用领域 一些过去难以解决的工程技术问 题 由于磁性液体的出现而迎刃而解 下面简单地介绍几种磁性液体应用的原理 1 旋转轴动态密旋转轴动态密 封封 磁性液体旋转轴 动态密封技术是磁性 液体较成熟也是最重 要的应用之一 现已 广泛应用于 X 射线转 靶衍射仪 单晶炉 大功率激光器 计算 机等精密 仪器 的转轴密封 其结构 原理见图 1 磁性液体在非均匀磁场中将聚集于磁场梯度最大处 因此利用外磁场可将 磁性液体约束在密封部位形成磁性液体 O 型环 具有无泄露 无磨损 自润滑 寿 应用物理简介磁性材料的应用林亚南 10335006 2 4 命长等特点 目前在国外的精密仪器中 磁性液体密封部件作为一个整体出售 售价 一般在两 三千美圆 不单独出售磁性液体 南京大学在磁性液体旋转轴动态密封方 面做了大量工作 积累了丰富的经验 拥有一项国家实用新型专利 在南京大学 南 京师范大学 南京 55 研究所等单位的仪器上使用我们的磁性液体密封技术 效果良好 真空度可达 10 6t 磁性液体密封技术目前重要用于真空 灰尘 气体的动态密封 封 水等液体由于难度较大 实际应用的不多 若能在封水 封油等方面取得突破 其应 用领域将极为广阔 必将产生巨大的经济效益和社会效益 我们认为可从以下方面开 展工作 改进密封件结构 改善磁路设计 研制新型磁性液体 2 扬声器扬声器 将磁性液体注入扬声器的音圈气隙对音圈的运动起一定的阻尼作用 并能使音圈自动定位 同时音圈所产生的热量可以通过磁性液体耗散 因此加入磁性 液体可以提高扬声器的承受功率 在同样结构条件下可使输入功率提高 2 倍 同时改 善频率响应 提高保真度 磁性液体用于金属膜扬声器性能更佳 目前国内许多厂家 生产磁性液体扬声器 生产线和磁性液体均从国外进口 若能将磁性液体国产化 必 将带来非常可观的收益 3 阻尼器件阻尼器件 利用磁性液体作 为旋转与线性阻尼器 以阻尼不需 要的系统振荡模式 与一般阻尼介 质相比优点在于可挤占籍助外磁场 定位 例如在步进马达中使用磁性 液体阻尼来消除系统的振荡与共振 使马达精确定位 另外在防振台中 使用磁性液体阻尼 图 2 可消 除外界振动噪音的干扰 以确保精 密仪器 天平 光学设备等 正常 工作 4 选矿分离选矿分离 利用磁性液体的表观比重随外 磁场的变化而改变的特点 可用来筛选比重不 同的非磁性矿物 比重差别在 10 左右的矿物 可用此技术较好地分离 一般采用水基磁性液 体 可重复使用 5 开关开关 下图左为磁性液体无摩擦开关示意图 水银和磁性液体装在一个不导电 的容器中 利用外磁场改变水银在容器中的位置 来达到接通和断开电流的目的 下 图右为不需动力的新型磁性液体离心开关示意图 磁性液体密封在转轴上的非磁性容 器中 当转轴静止时 磁性液体位于容器下部 传感器检测不到它 当轴转动时 离 心力使磁性液体分布于容器内壁 传感器检测到磁性液体并引发开关动作 应用物理简介磁性材料的应用林亚南 10335006 3 4 6 精密研磨和抛光精密研磨和抛光 磁性液体研磨是利用磁性液体的 浮力将微米级的磨料悬浮于液体表面 与待抛光的工件紧 密接触 不论工件的表面形状多么特殊 均可用此技术精 密抛光 另外还可用来研磨高级 Si3N4 陶瓷球 图 6 效率比传统方法高 40 倍 7 传感器传感器 目前有两种商用磁性液体传感器 一种是在石油勘探工业中用来测量 钻头的加速和倾斜 如图左 另一种是在建筑工业中用来检测地下管道的倾斜如图右 8 其它应用其它应用 除此以外 磁性液体还在许多领域有着广泛的应用前景 如 磁性 液体印刷 磁性液体薄膜轴承 声纳系统 磁性药物 细胞磁性分离 磁性液体人工 发热器 磁性液体涡轮发电 光学开关 磁性液体刹车 等等 在汇报 PPT 过程中 因时间限制所以只简单介绍了磁性液体两方面的应用 四 总结 对于课上对 PPT 的讲解表现欠佳感到十分抱歉 可能因为平时缺乏这种锻炼少了些在 众人面前讲说的信心与勇气 而且从别人的表现也对比出了自己的汇报实在是缺乏丰富的 内容与精彩之处 我很感谢能有这次接受教诲的机会 无法回答出老师的提问让我深刻意 识到了自己准备的匮乏和自己身上的不足之处 我会在以后的学习生活中加以改进的 对于课上没有回答出的问题在课下进行了查询和总结 应用物理简介磁性材料的应用林亚南 10335006 4 4 超顺磁性超顺磁性 如果磁性材料是一单畴颗粒的集合体 对于每一个颗粒而言 由于磁性原子或 离子之间的交换作用很强 磁矩之间将平行取向 而且磁矩取向在由磁晶各向异性所决定 的易磁化方向上 但是颗粒与颗粒之间由于易磁化方向不同 磁矩的取向也就不同 现在 如果进一步减小颗粒的尺寸即体积 因为总的磁晶各向异性能正比于 K1V 热扰动能正比 于 kT K1 是磁晶各向异性常数 V 是颗粒体积 k 是玻尔兹曼常数 T 是样品的绝对温度 颗粒体积减小到某一数值时 热扰动能将与总的磁晶各向异性能相当 这样 颗粒内的磁 矩方向就可能随着时间的推移 整体保持平行地在一个易磁化方向和另一个易磁化方向之 间反复变化 从单畴颗粒集合体看 不同颗粒的磁矩取向每时每刻都在变换方向 这种磁 性的特点和正常顺磁性的情况很相似 但是也不尽相同 因为在正常顺磁体中 每个原子 或离子的磁矩只有几个玻尔磁子 但是对于直径 5nm 的特定球形颗粒集合体而言 每个颗 粒可能包含了 5000 个以上的原子 颗粒的总磁矩有可能大于 10000 个玻尔磁子 所以把单 畴颗粒集合体的这种磁性称为超顺磁性 本征矫顽力本征矫顽力 铁磁性和亚铁磁性物质的饱和磁滞回线与横坐标交点的磁场值 反映物质退 磁的难易程度和剩磁状态的稳定性 磁滞磁滞 铁磁体在反复磁化的过程中 它的磁感应强度的变化总是滞后于它的磁场强度 这