鐵磁流體
編輯鐵磁流體是一種被磁鐵吸引的液體。它們是由懸浮在載液(通常是有機溶劑或水)中的納米級鐵磁性或亞鐵磁性顆粒制成的膠體液體。每個磁性粒子都用表面活性劑徹底覆蓋,以防止結塊。可以從均勻的膠體混合物中剝離出大的鐵磁顆粒,當暴露于強磁場中時會形成單獨的磁塵團。微小的納米粒子的磁引力足夠弱,以至于表面活性劑的范德華力?足以防止磁性結塊或結塊。在沒有外部施加磁場的情況下,鐵磁流體通常不保留磁化強度,因此通常被歸類為“超順磁性”而不是鐵磁性。
與鐵磁流體相反,磁流變流體(MR流體)是具有較大顆粒的磁性流體。即,鐵磁流體主要包含納米顆粒,而MR流體主要包含微米級顆粒。鐵磁流體中的顆粒通過布朗運動懸浮,通常在正常條件下不會沉降,而MR流體中的顆粒太重,無法通過布朗運動懸浮。因此,由于顆粒與其載體流體之間的固有密度差異,MR流體中的顆粒將隨著時間的流逝而沉降。結果,鐵磁流體和MR流體具有非常不同的應用。
描述
編輯鐵磁流體由非常小的納米級磁鐵礦(直徑通常為10納米或更小)、赤鐵礦或其他一些含鐵的化合物和液體(通常是油)組成。它足夠小以進行熱攪拌,以將它們均勻地分散在載體流體中,并使它們有助于流體的總體磁響應。這類似于順磁性鹽水溶液(例如硫酸銅(II)或氯化錳(II)的水溶液)中的離子使溶液順磁性的方式。典型的鐵磁流體的成分約為5%的磁性固體,10%的表面活性劑和85%的載體(按體積計)。
鐵磁流體中的顆粒通常使用表面活性劑分散在液體中,因此鐵磁流體是膠體懸浮液-一種具有多種物質狀態的材料。在這種情況下,物質的兩種狀態是固體金屬和液體是英寸這種能力變化相位與磁場的應用允許它們被用作密封件、潤滑劑,并且可以打開另外的應用在未來的納米機電系統中。
真正的鐵磁流體是穩定的。這意味著即使在極強的磁場中,固體顆粒也不會聚集或相分離。但是,表面活性劑往往會隨著時間(幾年)而分解,最終納米顆粒會聚結,并且會分離出來,不再對流體的磁響應做出貢獻。
術語磁流變流體(MRF)是指類似于鐵磁流體(FF)的在磁場存在下會凝固的液體。磁流變流體具有微米級的磁性顆粒,比鐵磁流體的磁性顆粒大一到三個數量級。
然而,鐵磁流體在足夠高的溫度(稱為居里溫度)下會失去其磁性。
鐵磁流體的應用
編輯電子設備
鐵磁流體用于在硬盤中旋轉的驅動軸周圍形成液體密封。旋轉軸被磁鐵包圍。放置在磁體和軸之間的間隙中的少量鐵磁流體將通過其對磁體的吸引力而保持在原位。磁性顆粒的流體形成一個屏障,可防止碎片進入硬盤驅動器的內部。根據Ferrotec的工程師所說,旋轉軸上的鐵磁流體密封件通常可承受3到4 psi的壓力。附加密封件可被堆疊,以形成能夠承受更高的壓力的組件。
機械工程
鐵磁流體具有減少摩擦的能力。如果將其施加到足夠堅固的磁體(例如由釹制成的磁體)的表面上,則可以使磁體以最小的阻力在光滑的表面上滑動。
鐵磁流體也可用于機械和航空航天應用中的半主動阻尼器。盡管無源阻尼器通常體積較大,并且考慮到特定的振動源,但有源阻尼器會消耗更多功率。基于鐵磁流體的減振器解決了這兩個問題,并且在必須應對大慣性和空氣動力振動的直升機社區中變得越來越流行。
材料科學研究
可以使用弗朗西斯·比特(Francis Bitter)開發的技術將鐵磁流體用于成像鐵磁材料表面的磁疇結構。
揚聲器
從1973年開始,鐵磁流體已用于揚聲器中,以消除音圈中的熱量,并被動抑制音盆的運動。它們位于通常由揚聲器磁鐵固定在音圈周圍的氣隙中。由于鐵磁流體是順磁性的,因此它們遵守居里定律,因此在高溫下磁性降低。放置在音圈附近(產生熱量)的強磁體比冷的鐵磁通更能吸引冷的鐵磁通,從而將加熱的鐵磁通從電音圈拉向散熱器。這是一種相對有效的冷卻方法,不需要額外的能量輸入。
聲學研究的Bob Berkowitz于1972年開始研究鐵磁流體,用它來抑制高音揚聲器的共振。1974年,馬薩諸塞州Epicure的Dana Hathaway將鐵磁流體用于高音揚聲器阻尼,他注意到了這種冷卻機理。貝克爾電子公司的Fred Becker和Lou Melillo也是1976年的早期采用者,Melillo加入了Ferrotec并于1980年發表了一篇論文。在音樂會音效中,Showco在1979年開始使用鐵磁流體來冷卻低音揚聲器。松下1979年,它是xxx家將鐵磁流體用于商用揚聲器的亞洲制造商。該領域在1980年代初期迅速發展。如今,每年生產約3億個內置鐵磁流體的發聲換能器,包括安裝在筆記本電腦、手機、耳機和耳塞中的揚聲器。
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