磁性液体及其制造工艺
摘 要：简单介绍了磁性液体的种类、性质、制作工艺及在当前的主要应用。 Character and Applications of Magnets Liquids
关键词：磁性液体；应用；制造；超声波
Abstract：In this paper，the applications and characteristic of magnets liquid is also given．
Keywords：magnets liquids；applications；manufacture；ultrasonic wave
1 引 言
磁性液体最初是1965年美国宇航局为了解决太空服头盔转动密封的技术难题而率先研制成功的。宇航员进入太空所穿宇航服的一个关键部位--颈部，必须用液体磁性材料制作。颈部是宇航帽与宇航服连接之处，既要让宇航员的头部能够自由转动，又要密封度高。如果密封不够，宇航服里的氧气泄漏，宇航员生命受到威胁。这个连接部位，若用固体物质显然太硬，而一般液体物质密度不够，惟有液体的纳米磁性材料符合要求。
所谓磁性液体（Magnetic Liquids），并非是指液态的磁性材料（物质处于液态的温度都高于其居里温度，所以目前还没有液态的磁性材料），而是把用表面活性剂处理过的纳米级超细磁性微粒高度分散于基液中形成的一种均匀胶体溶液。该溶液在重力和磁场作用下也不会出现凝聚和沉淀现象，具有固体的磁性和液体的流动性，因此具有许多独特的性质，在电子、仪表、机械、化工、环境、医疗等行业领域都具有独特而广泛的应用。根据用途不同，可以选用不同基液的产品。
2 磁性液体的分类
磁性液体按材料、超微粒的制作、分散方法等不同，分为以下几类：
（1）铁氧体型磁性液体 主要以金属氧化物作为磁性微粒，以水、碳氢化合物、矿物油、精制油、二酯基液、透平油氟醚油等为基液。
（2）金属型磁性液体 以金属或合金作为微粒，按基液的不同分为非导体型和导体型。非导体型金属磁液一般以甲苯或煤油为基液，导体型则以非磁性金属膜（或合金膜）去覆盖磁性金属微粒。
（3）复合型磁性液体 他是以普通磁性液体和非磁性微粒复合形成的一种新型磁性液体。
3 磁性液体的性质
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0，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，使磁性液体具有其他流体所没有的、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。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。
4 磁性液体的制作方法
（1）获得磁性液体的基本条件
①颗粒尺寸应小于某一临界尺寸，该临界尺寸在10 nm以下。
②颗粒在溶剂中应达到一定的表面活性化要求，从而即使在范德瓦尔斯等各种能量的作用下，也不发生凝聚。
（2）磁性液体的制作工艺
以磁性氧化物超微粒子的制作工艺为例
磁性氧化物化学稳定，容易制成粉末，用途广泛。 磁性液体用氧化物的粒径绝大多数应分布在10 nm以下。一般是以磁铁矿等铁氧体氧化物为主体，由金属盐类水溶液通过共沉淀法制成纳米级超微粒。以磁铁矿（Fe2O3·2Fe3O4）为例，就是在Fe2＋和Fe3＋的浓度比为1∶2的铁盐溶液中加入碱溶液，例如NaOH溶液，使其析出Fe2O3·2Fe3O4。在反应过程中，通过调整溶液温度、铁盐浓度、碱的中和过剩量、反应时间等，可以对颗粒尺寸进行控制。
此外，下述方法也可获得氧化物超微颗粒：
①将固相反应得到的铁氧体在含有表面活性剂的油中进行长时间的球磨。
②使铁氧体构成金属的醇盐，并把他溶于乙醇等溶剂中，加水分解获得。
③利用等离子体、弧光等使金属蒸发，在含有适量氧的稀薄气体中凝聚获得
5 磁性液体的应用
（1）磁性液体原被称为“磁流体”，也有称为“磁液”的。磁性液体应用最广泛的是磁性密封技术，尤其在要求真空、防尘、或封气体等特殊环境中的动态密封最为适用。在高保真扬声器、电机阻尼、磁性传感器等方面磁性液体均具有独特的应用。
磁性液体密封原理 磁性液体旋转轴动密封是一种非接触式密封（即动件和静件没有直接接触），其工作原理是：由环状永磁体，导磁极靴和导磁转轴构成闭合磁路，利用永磁体中的磁能，在转轴与极靴极齿顶端的齿形间隙中产生强弱相间的非均匀磁场，将磁性液体紧紧吸住，形成磁性液体“O”型密封环，把间隙堵死，从而达到密封的目的。如图1和图2所示。
主要特点：
①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。
②密封度好，用于真空时可以达10～5 Pa。
③无泄漏。
（2）磁性液体真空密封连接器是一种能够在2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。如图3所示。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。
