二元磁性液体的制备及磁化性质研究
磁流体制作方法
磁流体制作方法磁流体是一种由磁性微粒和液体组成的复合材料，具有独特的磁性和流变性质，被广泛应用于电机、传感器、医疗、生物等领域。
磁流体的制备方法包括化学合成、物理制备和生物制备等多种途径，不同的方法适用于不同的应用场景和制备要求。
本文将介绍几种常见的磁流体制备方法及其特点。
一、化学合成法化学合成法是一种将磁性微粒和液体在化学反应中合成成磁流体的方法。
常用的磁性微粒有氧化铁、氧化镍、氧化钴等，液体可以是水、有机溶剂、离子液体等。
化学合成法的优点是制备过程简单、操作灵活、可以控制微粒大小和形状、制备出高纯度的磁流体。
但是化学合成法需要使用化学试剂，制备过程中需要注意安全问题，而且微粒的分散度和稳定性需要进一步改进。
二、物理制备法物理制备法是一种利用物理方法将磁性微粒和液体混合制备成磁流体的方法。
常用的物理制备方法有机械混合法、溶剂热法、共沉淀法、磁力混合法等。
这些方法的共同特点是不需要使用化学试剂，制备过程相对简单，可以制备出高分散度和稳定性的磁流体。
但是物理制备法对微粒的大小和形状控制较难，微粒的分散度和稳定性需要进一步提高。
三、生物制备法生物制备法是一种利用生物体系合成磁流体的方法，常用的生物体系有微生物、植物、动物等。
生物体系可以通过代谢过程、酶催化等方式将金属离子还原成磁性微粒，并将其包裹在生物分子中制备成磁流体。
生物制备法的优点是制备过程环保、无需使用化学试剂、可以制备出高分散度和稳定性的磁流体。
但是生物制备法对微粒的大小和形状控制较难，微粒的磁性和稳定性需要进一步改进。
综上所述，磁流体制备方法有多种途径，不同的方法适用于不同的应用场景和制备要求。
在制备过程中需要注意安全问题，同时需要考虑微粒的分散度、稳定性和磁性等因素，以满足不同应用领域的需求。
磁流体制备技术的不断发展，将为磁流体在电机、传感器、医疗、生物等领域的应用提供更加优秀的材料基础。
磁流体的制备
磁流体的制备1、共沉淀法：该法为目前最普遍使用的方法，其反应基本原理为：Fe2++ 2Fe3+ + 8OH-= Fe3O4 + 4H2O通常是把Fe2+和Fe3+的硫酸盐或氯化物溶液以1/2，更多的是2/3的比例混合后，用过量的氨水或NaOH溶液在一定温度(55～60℃)和pH下，高速搅拌进行沉淀反应，制得8～10nm的Fe3O4微粒，然后将Fe3O4粒子加入到含表面活性剂(如油酸)的载液中加热或煮沸，这样Fe3O4表面会吸附油酸，从水相转入载液中，分离后即可得到磁流体，此法制得的磁流体微粒细小、均匀、饱和磁化强度高，但此法对操作条件的控制要求非常苛刻。
2、氧化沉淀法：该法基本原理为：3FeCl2 + H2O2 + 6NaOH = Fe3O4 + 6NaCl + 4H2O通常是将FeCl2装入四口圆底烧瓶中，加入消泡剂和分散剂，通入N2保护，烧瓶置于50℃恒温水浴中，高速搅拌。
待反应体系混合均匀、温度恒定后，依次缓慢滴加H2O2和NaOH溶液，反应2h，将制得的磁流体稀释1倍，用超声波处理几分钟后，移入带有搅拌器的烧瓶中，维持温度70℃，高速搅拌，在pH为4时缓慢滴加戊二醛溶液，反应1h，再用NaOH调pH为碱性以终止反应。
此法制得的磁流体，其磁性微粒的粒径大、分布范围宽、易聚结。
3、解胶法。
是铁盐或亚铁盐在化学作用下产生Fe3O4或γ-Fe2O3，然后加分散剂和载体，并加以搅拌，使其磁性颗粒吸附其中，最后加热后将胶体和溶液分开，得到磁流体。
这种方法可得到较小颗粒的磁流体，且成本不高，但只使用于非水系载体的磁流体的制作。
4、气相-液相反应法：反应在一个四口玻璃瓶中进行，按一定比例分别加入Fe(CO)5、载液、表面活性剂，在电动搅拌下将混合液的温度升至90℃恒温2h，然后再升温至200℃恒温1h，整个加热过程中，高纯氨气以100mL/min的流量通入，将此过程重复3～4次，直至加入的Fe(CO)5全部反应为止，即可制得颗粒尺寸为6～12nm的高饱和磁化强度的氮化铁磁流体。
怎么做磁流体最简单的方法
怎么做磁流体最简单的方法
制备磁流体的最简单方法是通过混合磁性颗粒和液体。
以下是一种简单的制备方法：
材料：
1. 磁性粉末，如铁粉、钴粉或镍粉
2. 适合的溶液（如水或酒精）
3. 容器
4. 搅拌棒或搅拌器
步骤：
1. 将磁性粉末倒入容器中。
粉末的量可以根据需要进行调整。
2. 逐渐将适合的溶液倒入容器中，同时用搅拌棒或搅拌器进行搅拌。
3. 持续搅拌直到磁性粉末均匀分散在溶液中。
确保没有任何干粉或团块存在。
4. 磁流体制备完成后，可以使用磁场进行测试，以确认其磁性能。
请记住，这只是一种简单的制备方法，磁流体的性能可能会受到多个因素的影响，如使用的磁性粉末和溶液的类型、粒度和浓度等。
真正的磁流体制备方法可能会更加复杂，并可能需要使用专门的设备和技术。
磁流体的简单制作方法
磁流体的简单制作方法磁流体是一种特殊的液体，它可以通过磁场的作用而形成各种形状和动态。
磁流体广泛应用于医学、机械、电子等领域。
本文将介绍一种简单制作磁流体的方法。
材料准备制作磁流体需要以下材料：1.磁性颗粒：磁性颗粒是磁流体的主要成分。
磁性颗粒可以是铁、镍、铁氧体等材料。
在本文中，我们使用铁氧体颗粒。
铁氧体颗粒可以在化学试剂店或互联网上购买。
2.溶剂：溶剂是将磁性颗粒分散在其中的液体。
在本文中，我们使用的是二甲苯。
3.表面活性剂：表面活性剂是一种可以减少颗粒间相互作用力的化学物质。
在本文中，我们使用的是磺酸盐类表面活性剂。
制备步骤1.制备磁性颗粒溶液将一定量的铁氧体颗粒加入二甲苯中，并搅拌均匀，直到颗粒完全分散在液体中。
2.添加表面活性剂将适量的磺酸盐类表面活性剂加入磁性颗粒溶液中，并搅拌均匀。
3.加热溶液将磁性颗粒溶液加热至80℃左右，并在此温度下搅拌20分钟，直到颗粒完全分散在液体中。
4.冷却溶液将磁性颗粒溶液冷却至室温，并在此温度下搅拌30分钟，直到颗粒稳定分散在液体中。
5.制备磁流体将制备好的磁性颗粒溶液加入磁场中，磁性颗粒会在磁场的作用下形成各种形状和动态，从而形成磁流体。
注意事项1.在制备磁性颗粒溶液时，应该控制颗粒的浓度，以避免颗粒聚集。
2.在加热溶液时，应该注意不要将溶液加热过度，否则会导致颗粒聚集。
3.在制备磁流体时，应该选择合适的磁场强度和方向，以获得所需的形状和动态。
结论本文介绍了一种简单制备磁流体的方法。
通过控制磁性颗粒的浓度、加热温度和磁场强度等参数，可以制备出各种形状和动态的磁流体。
磁流体具有广泛的应用前景，可以应用于医学、机械、电子等领域。
多铁性材料及磁性液体简介-(1)
1.3 多铁性材料的磁电耦合效应
多铁性材料不仅同时具有磁有序和铁电有序，其共存的磁有序和铁电 有序之间还可能存在相互作用从而产生磁电耦合效应，即电极化翻转（或电场） 可以带来磁有序的变化，或者反过来磁有序的变化（或磁场）可以引起 电极化的改变 多铁性材料内部同时存在自发极化和自发磁化，两种有序度之间存在交 换耦合作用，根据 Landau 理论，其体系的自由能可展开如下:
多铁性材料及磁性液体介绍
髙榮禮
磁学国家重点实验室M03组
中国科学院物理研究所， 北京，100190
2012年12月27日
主要内容
1、多铁性材料 1.1 多铁性材料的概念 1.2 多铁性材料的铁性材料的分类
1.5 BiFeO3（BFO）单相多铁性材料
多铁性材料的分类：
多铁材料可以简单地分为两大类，一类是单相材料，另一类是复合体系。
单相材料中近年来研究较热的材料，主要有如下几类：
（1）Bi 系钙钛矿结构多铁材料，如BiMnO3，BiFeO3 等。它们都具 有钙钛矿的 ABO3 结构，其铁电性来源于 A 位 Bi 离子的6s2孤对电子 与O2-的2 p 电子之间的轨道杂化，这一点与PbTiO3 的铁电性来源有 些类似， 因此它们同PbTiO3 一样都具有较大的饱和电极化强度。该类材料中 的 BFO 具有 ABO3 的钙钛矿结构，是一种典型的单相多铁性材料。 相比于其它的单相多铁性材料，BFO 的铁电相变温度 (TC = 830 °C) 和反铁磁相变温度 (TN = 370 °C) [38, 39]，都在室温以上，在室温 下具有大的电极化和 G 型反铁磁性（或弱铁磁性）
2、磁性液体
2.1 磁性液体的概念 2.2 磁性液体的性质，用途及合成 2.3 二元磁性液体介绍
磁性液体的制备及其在工业中的应用
润滑与密封
Ｌ ＵＢＲＩ ＣＡＴＩ ＯＮ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
０ｃ ．２ ０ ｔ ０ ８
第３ ３卷 第 １ ０期
Ｖｏ． ３ Ｎｏ １ １３ ． ０
磁 性 液体 的 制备 及 其在 工 业 中的应 用
黄 巍 王 晓雷
江苏南京 ２ ０ １ ） １０ ６
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｇ ｅ ｉ ｕｉｓ ｒ ｐ ｒｔｏ ｙ ｒ ｓ ｍａ ｎ ｔ ｆ ｄ ；ｐ ｅ ａ ａｉｎ；ｉｄ ｓｒａ ｐ ｌｃ ｔ ｎ ｃｌ ｎ ｕ ｔ ｌａ ｐ ｉａｉ ｉ ｏ
磁性 液体 （ ｇｅ ｃＦｕ ｓ 又称 磁 流体 ，是 由 Ｍａｎｔ ｌｉ ） ｉ ｄ 纳米级的磁性颗粒通过表面活性剂的包覆 ，高度均匀 分散 于基 载 液 中所 形 成 的稳 定 的 固一 两 相胶 状 液 液
体 …。这 种材料 既具有 固相材料的磁 性 ，又具有液相
下面分别对这 ３种不 同类型的磁性液体 的制备方法进
行介绍 。
１ １ 铁 氧 体 型磁 液 的 制 备 ．
１ １ １ 机 械 研 磨 法 ．．
的流动性 ，即使在重力 、离心力 、电磁 力等作用 下也
不会发生 固液分 离 ，是一 种典 型 的纳 米复 合材料 ，
１ 磁 性 液 体 的 制 备
代 ，人们 通过对 粒径为 ３ ｍ磁铁 矿 （ ｅ０ ）进行 ０ Ｆ 长达 ３ 月的机 械研 磨 ，制备出 以煤油为基载液 ，油 个 酸 为表 面活性剂的磁性液体 。研磨法 的优点在 于它 对研 磨的材料和基载液没有特别 的要求 ，但该方法耗 时长 ，效 率低 ，且所得 颗粒粒径分布广 ，目前 已多不
机械力作用下 的分散通 常被认 为是 简单 的物理分
磁流体的原理及应用论文
磁流体的原理及应用论文引言磁流体（Magnetic Fluid），又称为磁性流体、磁液体、磁性液体，是一种特殊的液体，具有独特的磁性和流体性质。
磁流体在各种领域具有广泛的应用，例如医学、机械、电力和环境等。
本文将介绍磁流体的原理，以及其在不同领域中的应用。
1. 磁流体的原理•磁流体的定义：磁流体是一种由细小的磁性粒子悬浮在基础液体中形成的复合物体。
•磁流体的组成：磁流体由磁性粒子和基础液体两部分组成。
磁性粒子可以是铁、镍等具有磁性的材料，基础液体可以是水、矿物油等。
•磁流体的性质：磁流体具有独特的磁性和流体性质，可以被外加磁场控制其流动。
在没有外加磁场时，磁流体呈现出流体的特性，可以流动、分散和混合；在有外加磁场时，磁性粒子会受到磁力的作用，形成链状结构，使得整个磁流体呈现出磁性。
2. 磁流体的应用2.1 医学领域•磁流体在磁共振成像（MRI）中的应用：磁流体可以作为MRI的对比剂，通过增加图像的对比度提高图像的清晰度，提供更准确的诊断结果。
•磁流体在癌症治疗中的应用：通过在肿瘤区域注入磁流体，可以利用外加磁场的作用，将磁性粒子集中在癌细胞附近，使得肿瘤治疗更加精确和有效。
2.2 机械领域•磁流体在密封装置中的应用：磁流体可以用于制造高性能的密封装置，具有良好的密封性能和耐腐蚀性能，广泛应用于航空航天、汽车和船舶等领域。
•磁流体在减振器中的应用：磁流体可以用于制造减振器，通过调节磁场的强度和方向，可以实现对机械振动的控制和减少噪声。
2.3 电力领域•磁流体在电感器中的应用：磁流体可以用于制造电感器，通过调节磁场的强度，可以调节电感器的电感值，改变电流的大小和方向，实现对电器的控制。
•磁流体在变压器中的应用：磁流体可以用于制造变压器，通过磁性粒子的排列，可以实现对电压的调节和稳定。
2.4 环境领域•磁流体在污水处理中的应用：磁流体可以用于处理污水中的重金属离子和有机物等有害物质，通过外加磁场的作用，将这些有害物质吸附到磁性粒子上，从而实现对污水的净化和处理。
磁性液体
磁性液体之二元磁性液体1、什么是磁性液体？所谓磁性液体（也叫铁磁流体）(Ferrofluids, magnetic fluids ，magnetic liquid,)，并非是指严格意义上的“液态”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，一个例外，1996年，发现在Co-Pd 合金在冷却熔化的过程中发现磁性相变，不过就磁场控制流动及相关应用方面，没有技术价值。
）通常是由粒径在10nm 左右的强磁性（铁磁性或亚铁磁性）微粒均匀分散在基液中（fluid carrier ），通过吸附离子（电荷排斥力）或在表面带上长链分子（位力排斥）达到抗团聚而形成的稳定的胶体体系。
纳米微粒通常是铁磁性金属、亚铁磁性等强磁性纳米微粒，基液通常是水、有机液体或者有机水溶液。
2、合成磁性液体的步骤：(a) 合成纳米尺度的磁性颗粒，合成的方法有： 微乳液法, 共沉淀法, 球磨法, 生化学法, 溶胶凝胶法及热分解法等.(b) 将纳米颗粒稳定的分散在各种极性/非极性的基液里面, 为了获得稳定的磁性液体, 应当选择与基液的介电性相匹配的分散剂。
各种表面活性剂, 如：油酸钠（一种有机物）, 氨基十二烷（dodecylamine ）等通常使用于增强水介质中的分散性。
3、对微粒的要求：只有当微粒间的磁能大于它们之间的热能的时候，就会产生磁场导致的团聚。
Rosens weig 把这个比值定义为微粒之间的相互作用参数，表示为：Tk VM B 2420μλ=由于大多数磁性液体中的磁性微粒都是被表面活性剂包裹起来的， 磁性微粒不能接触，所以磁性力只有足够强的时候才能穿过表面活性剂层。
考虑到表面活性剂的厚度s 之后，粒子间的作用参数就可以表示为：320)2(24sd d T k VM B sp +=μλ 当λ<1,说明热能占主导地位，在磁场作用下微粒之间的磁性相互作用力可以不考虑； 当λ>1. 微粒之间的磁性相互作用能就大于热能， 在磁场作用下微粒就会团聚。
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第31卷第7期 西南大学学报(自然科学版) 2009年7月Vol131 No17Journal of Sout hwest University(Nat ural Science Edition)J ul1 2009文章编号:167329868(2009)0720088207二元CoFe2O42p2MgFe2O4磁性液体的制备及磁化特性研究①张廷珍, 李 建, 文榜才, 韩芍娜, 高荣礼西南大学物理科学与技术学院,重庆400715摘要:采用化学共沉淀法制备了Co Fe2O4强磁性纳米微粒和p2MgFe2O4(Mg(O H)2与Fe(O H)3的混合物)弱磁性纳米微粒.并按体积比为1∶1将Co Fe2O4磁性液体、p2MgFe2O4顺磁磁性液体混合,得到二元Co Fe2O42p2Mg2 Fe2O4磁性液体.实验结果表明混合磁性液体的磁化强度不能简单等于两种单一磁性液体磁化强度的叠加.在Co Fe2O4磁性液体中,其磁性微粒在无场时会自发组装形成对磁化强度无贡献的闭合环状团聚体结构.二元磁性液体磁化时,这种Co Fe2O4微粒环可能部分破裂.根据偶极子相互作用能判断Co Fe2O4体系与p2MgFe2O4体系无相互作用,因此可根据单元磁性液体的磁化性质为基础来分析二元磁性液体的磁化性质.关 键 词:磁性液体;Langevin理论;类气压缩;磁化强度;团聚体中图分类号:O48215文献标识码:A磁性液体一般是粒径为10nm左右的强磁性纳米微粒均匀的分散在基液中的稳定悬浮液体,具有可通过磁场调控其物理性能,即调变其微观结构的特点.近年来,有研究者对同一化学组成的大、小两类尺寸的纳米微粒构成的尺寸双分散体系模型进行了理论研究,得出了大微粒构成场致结构的主体,小微粒由其相对含量的多少可能抑制也可能增强场致结构的形成、变化等结论[123].由此可推想,双分散体系的磁性液体可能具有新的性质.然而这样的尺寸双分散体系在实验上很难实现.微粒的相互作用强弱就其物理本质来讲与磁矩m(m=πd3M/6,d为微粒粒径,M为其磁化强度)的大小有关,即不但与粒径d有关,还与其磁化强度M有关.通常,强磁性物质的饱和磁化强度M s远大于顺磁物质的感生磁化强度M(M=χH).于是可以设想通过合成由两类不同磁性(M不同)颗粒构成的体系来进行双分散体系研究.即磁双分散体系,故本文中用磁双分散体系来代替尺寸双分散体系,这样可以更便于从理论和实验的结合来讨论体系的性质.本文采用Massart法[4]制备了微粒体积分数φ相同的强磁性Co Fe2O4离子型磁性液体和弱磁性p2Mg2 Fe2O4离子型磁性液体以及直接混合两磁性液体得到的二元Co Fe2O42p2MgFe2O4离子型磁性液体,并对三种离子型磁性液体的磁化性质进行了研究.1 实 验本实验中纳米磁性微粒通过化学共沉淀法制备.Co Fe2O4纳米微粒的制取为:将FeCl3・6H2O①收稿日期:2008209203基金项目:重庆市自然科学基金资助课题(CSTC2007BA3031).作者简介:张廷珍(19822),女,山东日照人,硕士研究生,主要从事磁性液体的制备及物理性质研究.通讯作者:李 建,教授.(0104mol ,100mL )与Co (NO 3)2・6H 2O (0102mol ,100mL )混合,加入NaO H (0135mol ,500mL ),然后将混合溶液加热到沸腾,伴之快速搅拌.沸腾持续1min 后取下自然沉淀.充分沉淀后用1mol/L 的H (NO )3溶液对沉淀物进行清洗直至p H 值为7.然后将清洗所得产物加到沸腾的Fe (NO 3)3水溶液中加热30min ,最后经过丙酮脱水、干燥等工序后得到所需要的CoFe 2O 4纳米微粒.以相同的方法用Mg (NO 3)2・6H 2O 代替Co (NO 3)2・6H 2O 得到制取MgFe 2O 4的氢氧化物前驱体(Mg (O H )2/Fe (O H )3)微粒,本文用p 2MgFe 2O 4微粒表示.将制得的微粒分散于一定浓度的HNO 3水溶液中,以配制一定体积分数的磁性液体.本实验首先制备了体积分数φ为2%的磁性液体,并以此为母液进行稀释,制得φ=018%的磁性液体.取相同体积的Co Fe 2O 4磁性液体与p 2MgFe 2O 4磁性液体混合得到二元磁性液体.根据磁性液体体积分数的定义,二元Co Fe 2O 42p 2MgFe 2O 4磁性液体的体积分数φ为φ=微粒体积磁性液体体积=φCo V Co +φp -Mg V Mg V Co +V Mg (1)其中:φCo ,φp 2Mg 分别为母液Co Fe 2O 4和p 2MgFe 2O 磁性液体的体积分数;V Co ,V p 2Mg 分别为母液Co Fe 2O 4和p 2MgFe 2O 磁性液体的体积.本实验中取同体积的Co Fe 2O 4磁性液体同p 2MgFe 2O 4磁性液体混合,因此V Co =V p 2Mg ,所以φ=φCo +φMg2在本实验中,取φCo =φp 2Mg =018%,因此二元Co Fe 2O 42p 2MgFe 2O 4磁性液体的体积分数φ也为018%.通过透射电子显微镜(TEM )进行微粒形态观察和粒径分析.通过X 射线衍射谱(XRD )分析微粒的结构.通过X 射线能谱(EDX )分析p 2MgFe 2O 4微粒.用密度瓶法测量了磁性液体的密度.通过H H 215振动样品磁强计(VSM )测量了微粒和磁性液体的磁化强度.2 实验结果211 粒径分析图1为所制备的Co Fe 2O 4微粒以及p 2MgFe 2O 4微粒的TEM 照片.从图1可以看出共沉淀法制备的磁性纳米微粒大小均匀.图1 磁性纳米微粒的透射电子显微镜图共沉淀法制备的颗粒粒径分布通常满足对数正态分布[528]:d φdln x =12πln σgexp -(ln x -ln x g )22ln 2σg 98第7期 张廷珍,等:二元Co Fe 2O 42p 2MgFe 2O 4磁性液体的制备及磁化特性研究其中:d φ为测量间隔内的离子百分频率,x g 为粒径的几何平均值,σg 为几何标准偏差.对Co Fe 2O 4微粒以及p 2MgFe 2O 4微粒的TEM 照片进行统计分析得出微粒的粒径分布函数.Co Fe 2O 4(a )p 2MgFe 2O 4纳米微粒;(b )Co Fe 2O 4纳米微粒.图2 微粒的粒径分布曲线微粒和p 2MgFe 2O 4微粒粒径分布函数分别为(2)、(3)式f (x )=1114xexp [-4106(ln x -21546)2](2)f (x )=1103x exp [-3135(ln x -11718)2](3)其中:Co Fe 2O 4微粒中值粒径x g 为12176nm ,p 2Mg 2Fe 2O 4微粒中值粒径x g 为5158nm.其分布曲线如图2所示.212 XR D 分析与E DX 分析用X 射线衍射仪对用共沉淀法制得的Co Fe 2O 4纳米微粒以及p 2MgFe 2O 4纳米微粒进行分析,获得XRD 衍射图谱(图3).p 2MgFe 2O 4微粒的EDX 光谱曲线如图4,其测量结果见表1.从图3中可见Co Fe 2O 4微粒衍射峰比较清楚,p 2MgFe 2O 4微粒衍射峰不清楚.由衍射峰的宽窄可知p 2MgFe 2O 4微粒粒径比Co Fe 2O 4微粒粒径小.表1 p 2MgFe 2O 4微粒的E DX 分析结果元素K 比ZA F 修正值质量百分比/%原子百分比/%Mg0102689015360414566819518Fe 019731101978295154349110482(a )Co Fe 2O 4微粒;(b )p 2MgFe 2O 4微粒.图3 XR D衍射谱图4 p 2MgFe 2O 4微粒E DX 光谱213 密度的确定由XRD 分析知,Co Fe 2O 4微粒与Co Fe 2O 4晶体结构一致,因此其密度可取为其块体密度5129g/cm 3.由EDX 分析知,p 2MgFe 2O 4微粒中的Fe ,Mg 原子比为91∶91因此可视Fe (O H )3与Mg (O H )2的摩尔比为91∶9.于是p 2MgFe 2O 4微粒的密度ρp 为ρp =(91ρFe +9ρMg )/100(4)式中:ρFe 是Fe (O H )3的密度,为410g/cm 3;ρMg 是Mg (O H )2的密度,为215g/cm 3.因此通过公式(4)可计算出p 2MgFe 2O 4微粒的密度为3187g/cm 3.09西南大学学报(自然科学版) 投稿网址http ://xbgjxt 1swu 1cn 第31卷用密度瓶法测量的磁性液体的密度结果见表2.表2 3种磁性液体密度测量值磁性液体Co Fe 2O 4p 2MgFe 2O 4Co Fe 2O 42p 2MgFe 2O 4密度/(g ・cm -3)110281102011026214 磁化强度测量在实验中,质量较体积容易精确测量,因此实验中一般先直接测量比磁化强度σ(单位质量的磁矩)再计算M (单位体积的磁矩).即M =σρ(5)式中ρ是物质的密度.Co Fe 2O 4,p 2MgFe 2O 4两种纳米微粒体系的磁化曲线测量结果见图5.从图5可看出p 2MgFe 2O 4微粒的磁化强度较小,是弱磁性微粒.Co Fe 2O 4微粒磁化强度较大,为强磁性微粒.根据图5中磁化曲线(a ),利用趋近饱和定律[9]可求出Co Fe 2O 4的饱和磁化强度1在高场下,Co Fe 2O 4纳米微粒的磁化强度和外场的关系符合下面的趋近饱和定律.M (H )=M s (1-a/H )(6)其中:α是与温度有关的常数,M s 是饱和磁化强度.因此可做出高场下M (H )～1/H 的关系,外推到1/H =0直线的截矩便得M s 值.因此可得Co Fe 2O 4纳米微粒的饱和磁化强度M p 1s 为275kA/m.p 2MgFe 2O 4纳米微粒呈顺磁性,1T 时,磁化强度为11148kA/m.比较两微粒,可看出Co Fe 2O 4微粒的磁化强度远远大于p 2MgFe 2O 4微粒的磁化强度.对Co Fe 2O 4,p 2MgFe 2O 4,二元Co Fe 2O 42p 2MgFe 2O 43种磁性液体的磁化曲线测量结果见图6.(a )Co Fe 2O 4纳米微粒;(b )p 2MgFe 2O 4纳米微粒.图5 微粒的磁化曲线(a )Co Fe 2O 4磁性液体;(b )Co Fe 2O 42p 2MgFe 2O 4磁性液体;(c )p 2MgFe 2O 4磁性液体.图6 磁性液体磁化曲线3 分析与讨论311 p 2MgFe 2O 4磁性液体的磁化特性由图6中(c )曲线可以看出,p 2MgFe 2O 4磁性液体呈顺磁性,所以其磁化性质可以写为M =χH (7)式中χ为磁化率.从实验结果可得到p 2MgFe 2O 4磁性液体的磁化率为0105kA/(m ・T -1).312 CoFe 2O 4磁性液体的磁化特性由图6中(a )曲线可以计算出Co Fe 2O 4磁性液体的饱和磁化强度M f 为1187kA/m ,而φCo M p 1s =01008×275kA/m =212kA/m ,故M f <φCo M p 1s .由此可推知磁性液体中可能有一些环状团聚体存在[10211].这些团聚体的磁通是闭合的,以至于对磁性液体的磁性不产生贡献.如果微粒间不考虑相互作用,磁性液体的磁化过程可以用Langevin 磁化公式描述.19第7期 张廷珍,等:二元Co Fe 2O 42p 2MgFe 2O 4磁性液体的制备及磁化特性研究M =M f L (α)(8)式中:M f 为磁性液体的饱和磁化强度;L (α)=cot h (α)-1/α为Langevin 函数;α=μ0m H/k T ;μ0为真空磁导率;m 为微粒的磁矩;H 为外场强度(=B/μ0);k 为Boltzmann 常数;T 是绝对温度.考虑到磁性液体中微粒的场致团聚效应对磁化强度的影响,提出了“类气压缩”模型[12].在这个模型中磁化强度表示为M =M f cot h (α)-1+ln φHφα(9)式中:φH =(01638-φ)tan h (γ(φα)2)+φ为团聚体微粒体积分数,γ为压缩参数.对Co Fe 2O 4磁性液体的磁化过程进行Langevin 模拟以及“类气压缩”模拟,模拟曲线如图7所示.图7 CoF e 2O 4磁性液体实测数据与理论曲线从图7所示的结果可以看出Langevin 理论曲线与实验曲线偏离较大,而类气压缩模型取γ=30时曲线与实验曲线吻合的很好.313 二元CoFe 2O 42p 2MgFe 2O 4磁性液体的磁化特性Co Fe 2O 4纳米微粒的饱和磁化强度M p 1s 为275kA/m.p 2MgFe 2O 4磁性液体在1T 时,其磁化强度M 1T 为11148kA/m.根据粒径分布公式(2),Co Fe 2O 4微粒的平均磁矩〈m 〉Co 为〈m 〉Co =π6M p 1s ∫∞0x 3f (x )d x =5122×10-19(A ・m 2)根据粒径分布公式(3),且p 2MgFe 2O 4微粒呈顺磁性,因此在测量最高磁场1T 下的最大磁矩〈m 〉p -Mg 为〈m 〉p -Mg =π6M 1T ∫∞0x 3f (x )d x =2104×10-21(A ・m 2)纳米磁性微粒的磁相互作用可视为磁偶极子相互作用,i ,j 两微粒的磁偶极子相互作用能的表达式为:E =(μ0m i m j /4πr 3ij )[co s (θi -θj )-3cos θi cos θj ](10)式中:m 为微粒的磁矩,r ij 为微粒中心间的距离,θi ,θj 为磁矩与微粒中心连线的夹角.当θi =θj =0时,用(10)式计算出2个首尾相连(r ij =d =12176nm )Co Fe 2O 4偶极子微粒相互作用能为2162×10-20J.当p 2MgFe 2O 4偶极子中磁矩为最大平均磁矩时,2个p 2MgFe 2O 4偶极子微粒(r ij =d =5158nm )相互作用能为4178×10-24J.1个Co Fe 2O 4微粒和1个具有最大平均磁矩的p 2MgFe 2O 4微粒首尾相连(r ij =(Co Fe 2O 4微粒粒径+p 2MgFe 2O 4微粒粒径)/2),其相互作用能为2176×10-22J.在常温下热能为k B T =4114×10-21J.从微粒的磁矩可知,Co Fe 2O 4微粒的平均磁矩远大于p 2MgFe 2O 4微粒的最大磁矩.从磁偶极子相互作用能可知,Co Fe 2O 4颗粒的磁矩相互作用能远大于热能,而p 2MgFe 2O 4微粒在1T 时的感生磁矩相互作用小于热能.因此,在磁化过程中,Co Fe 2O 4磁性液体中易形成微粒团聚体.p 2MgFe 2O 4磁性液体中的微粒不会形成团聚体.Co Fe 2O 4微粒与p 2MgFe 2O 4微粒的平均相互作用能小于热能,因此Co Fe 2O 4体系与p 2MgFe 2O 4体系无相互作用,于是二元Co Fe 2O 42p 2MgFe 2O 4磁性液体的磁化强度可以用两个单元的磁性液体的磁化强度叠加表示.图8为Co Fe 2O 4磁性液体与p 2MgFe 2O 4磁性液体叠加的磁化曲线,以及二元Co Fe 2O 42p 2MgFe 2O 4磁性液体的磁化曲线.实测数据叠加M =12M Co (实测值)+12M Mg (实测值)(11) 理论曲线叠加M =12(M Co +M Mg )=12M f cot h (α)-1+ln φH φα+12χH (12)29西南大学学报(自然科学版) 投稿网址http ://xbgjxt 1swu 1cn 第31卷式中:M f为Co Fe2O4磁性液体的饱和磁化强度,χ为p2MgFe2O4磁性液体的磁化率.从图8可以看出,在低场下(B<0115T),二元磁性液体的实验数据点与叠加数据和类气压缩模拟的单元磁性液体的曲线吻合较好,但在高场下(B>0115T)的实验数据点高于单元叠加.这表明二元磁性液体的磁化效应不能简单的等于两种磁性液体磁化效应的叠加.在其它参数不变时改变M f的取值,用类气压缩模型模拟使模拟曲线与实验数据点相吻合(图9),得出M f取值应该为2112kA/m.这比由图6中的Co Fe2O4磁性液体的磁化强度曲线下得出的饱和磁化强度M f(1187kA/m)要大.Co Fe2O4磁性液体磁性的增加可能是由于磁性液体在磁化的过程中闭合环破裂造成的.图8 混合磁性液体实测的磁化曲线和理论曲线的比较图9 混合磁性液体实测数据和修正理论曲线的比较4 结 论本实验中二元Co Fe2O42p2MgFe2O4混合磁性液体是典型的磁双分散体系.在这样的体系中磁性主要来源于强磁性微粒.只有Co Fe2O4强磁性微粒在磁性液体中可以形成场致团聚体,这些场致团聚体使磁性液体的磁化过程偏离了Langevin理论,可用类气压缩模型来描述.在磁性液体的合成中,Co Fe2O4微粒可能部分形成磁矩闭合连接的环状团聚体,以致其饱和磁化强度的实测值小于计算值[10,13].二元Co Fe2O42p2 MgFe2O4混合磁性液体可以通过单一的Co Fe2O4磁性液体和p2MgFe2O4磁性液体混合得到.实验结果表明,二元Co Fe2O42p2MgFe2O4混合磁性液体的磁化强度大于两种单一磁性液体磁化强度的叠加.参考文献:[1]Huang J P,Wang Z W,Holm C.Structure and Magnetic Properties of Mono and Bi2Dispersed Ferrofluids as Revealedby Simulations[J].J Magn Magn Mater,2005,289:2342237.[2] Rany G M,Klapp S H L.Density Functional Study of the Phase Behavior of Asymmetric Binary Dipolar Mixtures[J].Phys Rev E,2004,69:0412012012041201212.[3] Rany G M,Klapp S H L.Phase Behavior of Bi2Disperse Ferrocolloids[J].Phys Rev E,2004,70:0614072012061407209.[4] Massart R.Preparation of Aqueous Magnetic Liquids in Alkaline and Acidic Media[J].IEEE Trans Mag,1981,17:124721248.[5] Popplewell J,Sakhnini L.The 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Magnetic Affected of Highly Diluted Frozen Magnetic Fluids[J].J MagnMagn Mater,2006,307:77284.Preparation and Magnetization B ehaviors ofCoFe2O42p2MgFe2O4Binary FerrofluidsZHAN G Ting2zhen, L I Jian, WEN Bang2cai,HAN Shao2na, GAO Rong2liSchool of Physics and Technology,Southwest University,Chongqing400715,ChinaAbstract:St rong magnetic Co Fe2O4nanoparticles and weak magnetic p2MgFe2O4(mixt ure of hydroxide Mg(O H)2and Fe(O H)3)nanoparticles are produced by t he chemical co2p recipitation technology.Binary ferrofluids of Co Fe2O42p2MgFe2O4are obtained by mixing Co Fe2O4ferrofluids and p2MgFe2O4paramagnet2 ic fluids in a ratio of1∶1(v/v).The experimental result s indicate t hat t he magnetization of t he binary fer2 rofluid is not simple summation of t he two single magnetic fluids.Wit hout external magnetic field,some particles can self2assemble into aggregates of closed ring2like st ruct ures,which make no cont ribution to t he magnetizatio n for t he Co Fe2O4ferofluid.In t he magnetization process of t he binary ferrofluid,t he closed ring2like st ruct ure can partially break.Based on t he interaction between two dipoles,it can be judged t hat t here is no magnetic interaction between t he Co Fe2O4magnetic system and t he p2MgFe2O4magnetic sys2 tem.Therefore,t he magnetization behavior of t he binary ferrofluids can be analyzed based on t he single magnetic fluids.K ey w ords:ferrofluid;Langevin t heory;gas2like comp ression;magnetization;aggregate责任编辑 潘春燕 。