納米復合磁流體的制備及性能研究.pdf

1、針對傳統(tǒng)Fe3O4磁流體飽和磁化強度低、沉降穩(wěn)定性差等問題，本文提出超細Fe粉與納米Fe3O4顆?；旌现苽浼{米磁流體的思路，采用直流電弧等離子蒸發(fā)法和化學共沉淀法分別制備了超細Fe及Fe3O4顆粒，運用XRD、SAED、TEM、VSM等分析測試方法對制備粉體的組成、結(jié)構(gòu)、形貌等進行了表征，在系統(tǒng)研究超細Fe、Fe3O4粉體分散穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，制備了納米Fe-Fe3O4復合磁流體，探索了Fe加入量對密度、粘度、沉降穩(wěn)定性、飽和磁化強度等性

2、能的影響規(guī)律，并研究了所制備磁流體的摩擦學性能。實驗結(jié)果表明：
　　 (1)采用自行研制的高真空雙槍直流電弧金屬超細粉體制備系統(tǒng)，成功制備了高純度、高產(chǎn)率的超細鐵粉。所制備粉體具有明顯的鏈球狀形態(tài)及多晶結(jié)構(gòu)，平均粒徑在20～80 nm范圍內(nèi)。
　　 (2)研究表明，電流、PH2/PAr和充氣壓力對超細鐵粉的產(chǎn)率和粒徑具有顯著影響。電流是影響產(chǎn)率的最主要因素，隨著電流的增大，產(chǎn)率明顯提高，而PH2/PAr和充氣壓力對產(chǎn)率也

3、有提高作用，氫氣的引入對于提高粉體產(chǎn)率具有明顯作用；充氣壓力是影響平均粒徑的最主要因素，隨著充氣壓力的增加，平均粒徑有增大的趨勢。
　　 (3)在無惰性氣氛保護環(huán)境下，采用化學共沉淀法成功制備了純凈的納米Fe3O4顆粒。研究表明，F(xiàn)e2+/Fe3+摩爾比對顆粒性能影響顯著。通過XRD和選區(qū)電子衍射分析發(fā)現(xiàn)，當Fe2+/Fe3+=0.6時，結(jié)晶程度較好，比飽和磁化強度達到最大值52.1 emu/g。推薦制備納米Fe3O4顆粒的最佳

4、制備工藝為：Fe2+/Fe3+=0.6，F(xiàn)e3+濃度0.25 mol/L，pH=11，T=60℃。
　　 (4)Zeta電位的測量對判斷顆粒表面電荷，選取合適分散劑具有指導作用。在無水乙醇介質(zhì)中，測量的超細鐵粉pH-zeta電位圖表明：超細鐵粉自身表面帶有正電荷，顆粒緊束縛層和擴散層帶有負電荷。
　　 (5)超聲時間、表面活性劑種類及加入量等因素對顆粒分散穩(wěn)定性能影響顯著。在乙醇介質(zhì)中，表面活性劑油酸和PVP對Fe、Fe

5、3O4磁性顆粒的分散穩(wěn)定性有提高作用，且隨著超聲時間及表面活性劑量的增加，分散穩(wěn)定性表現(xiàn)出先變好后變差的規(guī)律。在乙醇介質(zhì)中，推薦超細鐵粉最佳分散工藝為：超聲15 min、加入量4wt％聚乙烯吡咯烷酮(PVP)；推薦Fe3O4顆粒的最佳分散工藝為超聲時間20 min，加入量2wt％PVP。
　　 (6)顆粒在無水乙醇中的分散穩(wěn)定性能并不代表其在油介質(zhì)中的分散穩(wěn)定能力。研究發(fā)現(xiàn)，PVP由于與基礎(chǔ)油相溶性差，增粘作用明顯，無法使顆粒均

6、勻分散于油基磁性液體中，宜選用油酸作為油基復合磁流體的表面活性劑。
　　 (7)采用硅油二次包覆的方法成功制備了分散穩(wěn)定性能優(yōu)異的油基復合磁性液體。研究發(fā)現(xiàn)，超細Fe粉的加入量對復合磁性液體的性能影響顯著，F(xiàn)e/Fe3O4質(zhì)量比從1/3增大到3時，復合磁液的密度、粘度、飽和磁化強度均有一定程度提高；當鐵粉的加入量達到Fe3O4的3倍時，其比飽和磁化強度由最初的0.44emu/g增大到3.09 emu/g，提高了近6倍。