水基磁流体的纳米fe

水基磁流体的纳米fe

0水基fe3o4磁流体的制备磁流体是由纳米级强磁性颗粒高度扩散到特定液体的稳定胶体体系形成的。由于磁液中的磁性颗粒具有超顺磁性，因此在声音、光、电、热、磁等方面表现出独特的物理特征。因此，磁流体的研究是国内外的主要研究主题。对国外磁流的研究相对成熟。现在，中国也有许多大学和研究所正在研究它，但其中大部分集中在固井磁流的制备和应用上，并已成功。目前，中国制造水基磁流体的实体很少。这主要是一种常见的非极性载液磁流体，如油神井，只有一次包装，而具有相同极性载液磁流体的磁流体应该经过两次包装才能提高稳定性。现在，磁流体也很广泛。随着绿色化学的发展，水土流体避免了对环境的污染，更重要的是它有助于固体蛋白质。作为一种辩证药物，它对现代医学和对癌症的治疗。传统制备方法是采用高能球磨法,近年来已发展用湿化学方法来制备磁性流体的实验技术.本文采用化学共沉淀法制备了水基Fe3O4磁流体,并对传统的制备方法做了改进.据文献报道,多数在Fe3O4制备过程中加入表面活性剂.其弊端:包覆、分散Fe3O4过程中会包覆、夹带存在于溶液中的其他离子和杂质,难以除去,造成难于清洗,Fe3O4损失严重.本文采用的是先制备Fe3O4粒子,清洗后再包覆,克服了以上弊端.另外本文的搅拌同时进行超声振荡的全部工艺过程尚未见到报道,搅拌是为破坏大的团聚,超声振荡破坏了小的团聚,这样有效的限制了粒子的团聚.本文研究了磁流体的黏度随外磁场、温度、浓度变化情况,并从微观机制上对其变化的原理进行了明确的阐述,弥补了许多文献报道在此处的缺憾,使读者从理论高度认识这个问题,有益于自己的研究.1实验部分1.1表面活性剂的合成FeCl3·6H2O,分析纯;FeSO4·7H2O,分析纯;NaOH,分析纯;QU(表面活性剂1),自制;LV(表面活性剂2),自制.2.2基于fe3o4水基磁流体的磁流体制备方法制备粒子的原理是2FeCl3+FeSO4+8NaOH=Fe3O4+6NaCl+Na2SO4+4H2O.将一定浓度的FeCl3溶液和FeSO4溶液按方程中的摩尔比例混合搅拌10min,在一定温度下边搅拌边滴加NaOH溶液,滴速尽量小,待pH=11时停止滴加,即制得Fe3O4粒子.用淀法洗涤粒子至pH=7左右,便可用来配置磁流体.为使粒子分散均匀,减小团聚,在配置流体的过程中搅拌同时超声波振荡.在一定温度下先加入表面活性剂1,振荡搅拌,加入表面活性剂2再振荡搅拌,包覆好后分散到蒸馏水中,即可制得稳定的水基磁流体.1.3x射线衍射分析fe3o4,将未改性的Fe3O4粉末(用PVB压片制样)在D/MAX转靶衍射仪用CuKα线进行XRD测试,确定Fe3O4这一成分,以及未经包裹的Fe3O4粒子大小和结晶情况;用JEM—2000EX透射电镜研究了包裹后的Fe3O4粒子大小和分散情况;用沪制的NDJ-1型黏度计研究了磁流体黏度随外磁场、温度及浓度变化情况.2结果与讨论2.1在正确的合成中民法第三规范fe3o4的晶面,利用显色剂表征,表征并确定平均磁性尺寸,并将其作为精神状态的催化剂和平均粒径,c图1(a)是未改性的Fe3O4粒子的X射线衍射谱图,XRD图中衍射角18.327,30.147,35.509,43.157,53.543,57.077和62.680分别对应于立方相Fe3O4的,,,,,和晶面,表明合成了具有立方相的Fe3O4.利用X射线衍射图,由Debye-Scherrer方程:D=Kλ/βcosθ其中K=0.89,λ=0.1541nm,β为半高宽(单位为弧度),θ为布拉格衍射角度,D为晶粒的平均粒径,可以计算出纳米晶粒的尺寸为7.8nm.已达到超顺磁临界尺寸以下,这是磁性液体良好分散和稳定的重要基础.粒子的大小是磁流体制备的一个重要的参数.平均磁性粒子尺寸决定了最终流体的黏度.流体黏度对粒子尺寸的依赖是由于随着粒子尺寸的增加,比表面积减小的缘故.2.2fe3o4颗粒包过方式图1(b)是配制好的Fe3O4水基磁流体的TEM照片.可见包裹后的Fe3O4颗粒的粒径分布较均匀,平均粒径为10nm左右,比XRD中计算的稍大,是由于Fe3O4颗粒包了表面活性剂引起的.有少量大颗粒出现,可用离心机对大颗粒进行离心处理.2.3流体黏度与磁场对于磁性流体,黏度是一个重要参数,磁性流体的黏度服从于牛顿内摩擦定律.主要取决于基液的黏度和磁性微粒的含量,同时与外磁场大小有关,也与温度、浓度密切相关.2.3.1固相颗粒旋转时磁流体的动态磁图2(a)是Fe3O4水基磁流体的黏度随外磁场的变化情况,是垂直方向加外磁场测量的.可见磁流体的黏度随外磁场增加而增加.磁性流体的黏度主要取决于固相颗粒所占有的体积分量和其粒度.固相颗粒和基载液之间的摩擦是粘性增大的原因.固相颗粒的旋转是基载液带动的,若基载液涡流矢量与外磁场方向垂直,则当固相颗粒旋转时,它的微电流环就如电机的转子线圈那样受到磁力矩的作用.这个力矩总要阻止固相颗粒旋转,从而造成固相颗粒和基载液之间旋转速度差增大,即两相间的摩擦力增加,从而在宏观上为磁性流体的黏度增加.也就是说,无外磁场的情况下悬浮粒子的运动方向与磁流体的流动方向一致.但是当磁场靠近磁流体时,磁粒子便向磁力线方向运动,磁粒子的这种运动方向会增大对流体流动的阻力,从而导致黏度增大.2.3.2流体的动力粘度图2(b)给出磁流体黏度随温度的变化情况.三条曲线代表不同浓度的Fe3O4水基磁流体的黏度随温度的变化.三种不同浓度的Fe3O4水基磁流体的黏度都随着温度的升高而降低.这是由于水基磁流体是牛顿液体,满足牛顿内摩擦定律:τ=μdudyτ=μdudy其中τ为剪切应力,μ为流体的动力粘性系数,dudydudy称为速度梯度.动力粘性系数μ是流体粘性大小的量度,同一种流体的动力粘性系数与流体的温度有很大关系.流体粘性主要取决于分子间距离和分子间引力,温度升高,分子间距离变大,分子间引力变小,流体粘性变小.从图(b)还可以看出,同一温度下磁流体的黏度随流体的浓度增加而增加.同理浓度增加,分子间距离变小,分子间引力增加,黏度变