物理多铁性材料及磁性液体简介
磁力原液功效与作用
磁力原液功效与作用1.引言1.1 概述磁力原液是一种特殊的液体，其具有独特的物理和化学性质。
通过添加磁性材料（如铁、镍等）到液体中，使得液体具有了磁性。
磁力原液可以通过外部磁场来操控和改变其性质，这使得它在各种领域都具有广泛的应用价值。
磁力原液的研究和应用已经引起了各个领域的广泛关注。
在医学领域，磁力原液被用于磁共振成像（MRI）等诊断技术中，可以提供清晰的图像信息，帮助医生准确地判断疾病，并提供有效的治疗方案。
在能源领域，磁力原液的应用可以用于制备高效的电池和储能设备，提高能源利用效率。
在材料科学领域，磁力原液的存在可以用于制备各种智能材料和传感器，具有广泛的应用前景。
除了以上应用外，磁力原液还可以用于制备纳米材料、磁流体、磁性液态制品等。
它们在生物医学、环境保护、信息技术等领域都具有重要意义。
总的来说，磁力原液具有广泛的应用领域和潜在的研究价值。
探索和深入研究磁力原液的功效和作用，对于推动科技创新和解决实际问题具有重要意义。
随着科学技术的不断进步和应用的推广，相信磁力原液的作用将会得到更大的发展和应用。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以是对整篇文章的组织结构进行介绍和概述。
可以将这部分内容拓展为以下几个方面：1.2 文章结构本文将分为引言、正文和结论三个部分来介绍磁力原液的功效与作用。
在引言部分，首先对磁力原液进行概述，说明它是一种什么样的物质，由什么组成，以及它在生活中的应用领域。
接着介绍文章的结构，说明各个章节的内容，引导读者对全文有一个整体的认识。
在文章的正文部分，将首先对磁力原液的定义和组成进行详细介绍。
通过解析磁力原液的成分和结构，以及它的特点和性质，让读者对磁力原液有一个深入的了解。
接下来，将重点探讨磁力原液的功效。
通过对相关研究和实践案例的分析，详细阐述磁力原液在不同领域的应用，例如医学、环保、科研等方面的功效和作用。
同时，会结合实际案例和数据进行论证，加强文章的可信度和说服力。
磁流体
与浓度相似，作为条件变 量的磁流体薄膜厚度也不 改变折射率与外磁场的基 本关系，即nMF-H曲线的 走势。在零磁场条件下， 各种不同薄膜厚度（L） 的磁流体薄膜具有相同的 折射率，因为此时磁流体 均是相同的稳定胶状溶液 体系。从图3-88中可以看 出，磁流体薄膜越厚，在 动态外磁场下最终达到的 饱和折射率值越大。
3.6 磁流体敏感材料
磁流体(又称磁性液体、铁 磁流体或磁液)，是由强磁 性粒子、基液以及表面活 性剂三者混合而成的一种 稳定的胶状溶液。该流体 在静态时无磁性吸引力， 当外加磁场作用时，才表 现出磁性。磁流体中的强 磁性粒子一般为直径在纳 米数量级的铁磁微粒，基 液通常为有机溶液或水， 使磁性粒子悬浮于其中。 表面活性剂的作用则是包 裹磁性粒子，如图3-79所 示，以防止其因范德华力 和磁力作用而发生凝聚。
图3-79 磁流体中附有表面活性剂 （surfactant）的磁性粒子示意图
表3-8中列出了一些典型的磁流体组分材料。
表3-8 磁流体组分材料
磁流体的 组分 磁性粒子 组分材料 组分材料的作用 组分材料的选取原 则
Fe3O4、r-Fe2O3、铁、钻、 镍
显示磁性材料性能， 铁磁性能好，易加 使液体呈现磁性 工制取超细(~10nm) 微粒为原则
使磁流体折射率上升的外 磁场H有一定的“阈 值”Hcn。实验发现，Hcn 与温度T的关系是单调上 升的线性关系，如图3-91， 图中Ho代表使磁流体中刚 好出现相分离的外磁场强 度“阈值”。Hcn与Ho数据 点的重合也恰能说明磁流 体折射率受外磁场的可控 图3-91 外磁场阈值与温度的关系 性机理源于相分离。
for H>Hcn 式中，no为在无外磁 场（或外磁场未达到“阈值”之 前）情况下磁流体体系的折射率。 ns为外磁场增大到一定程度后， 磁流体体系折射率趋于“饱和” 的值。如图3-92所示，说明
磁流体
磁流体[编辑本段]磁流体定义磁流体(又称磁性液体、铁磁流体或磁液)，是一种新型的功能材料，它既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性。
是由直径为纳米量级（10纳米以下）的磁性固体颗粒、基载液(也叫媒体)以及界面活性剂三者混合而成的一种稳定的胶状液体。
该流体在静态时无磁性吸引力，当外加磁场作用时，才表现出磁性，正因如此，它才在实际中有着广泛的应用，在理论上具有很高的学术价值。
用纳米金属及合金粉末生产的磁流体性能优异，可广泛应用于各种苛刻条件的磁性流体密封、减震、医疗器械、声音调节、光显示、磁流体选矿等领域。
[编辑本段]磁流体力学磁流体力学是结合经典流体力学和电动力学的方法，研究导电流体和磁场相互作用的学科，它包括磁流体静力学和磁流体动力学两个分支。
磁流体静力学研究导电流体在磁场力作用于静平衡的问题；磁流体动力学研究导电流体与磁场相互作用的动力学或运动规律。
磁流体力学通常指磁流体动力学，而磁流体静力学被看作磁流体动力学的特殊情形。
导电流体有等离子体和液态金属等。
等离子体是电中性电离气体，含有足够多的自由带电粒子，所以它的动力学行为受电磁力支配。
宇宙中的物质几乎全都是等离子体，但对地球来说，除大气上层的电离层和辐射带是等离子体外，地球表面附近(除闪电和极光外)一般不存在自然等离子体，但可通过气体放电、燃烧、电磁激波管、相对论电子束和激光等方法产生人工等离子体。
能应用磁流体力学处理的等离子体温度范围颇宽，从磁流体发电的几千度到受控热核反应的几亿度量级(还没有包括固体等离子体)。
因此，磁流体力学同物理学的许多分支以及核能、化学、冶金、航天等技术科学都有联系。
磁流体力学发展简史1832年法拉第首次提出有关磁流体力学问题。
他根据海水切割地球磁场产生电动势的想法，测量泰晤士河两岸间的电位差，希望测出流速，但因河水电阻大、地球磁场弱和测量技术差，未达到目的。
1937年哈特曼根据法拉第的想法，对水银在磁场中的流动进行了定量实验，并成功地提出粘性不可压缩磁流体力学流动(即哈特曼流动)的理论计算方法。
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
磁性液体磁-粘效应研究进展及其理论分析
表 面活性 剂混 成 的磁液 ， 即使 在磁 场 、 力场使 用 重
理 等 问题急 待深入 研究 。磁 性液 体磁一 粘效 应 的 研 究一 直是 磁性 液体研 究 中的热 点和 重点 。 磁一 粘 效应研 究 是 指 在 外加 磁 场 的作 用 下 ， 研 究磁 性液 体粘 度 变 化 及其 它 因素 如 剪 切速 率 、
第 ５卷
第 ４期
华北科技学 院学报
２０ ０ ８年 １ ０月
磁 性 液 体 磁 一 粘 效 应 研 究进 展 及 其理 论分 析①
张振 宇② 李 德 才
（ 北京交通大学 机械与电子控制工程 学院， 北京 １０ ４ ） ００ ４
摘
要：介绍 了磁性液体 的磁一 粘效应在应用 中的重要影 响和作用 ， 并从 实验和 理论 两方面 系统地 阐述 了
磁 性液体 的磁一粘 效应研 究进展 情况； 通过对磁性液体微观模 型 的研 究， 分析 了磁性液 体磁一 粘效 应机 理 ；
最 后 对磁 性 液体 基 于磁 一 粘 效 应 的 应 用 前 景进 行 了展 望 。 关 键 词 ：磁 性 液 体 ； 一 粘 效 应 ； 磁 微观 模 型
中图分类号 ： Ｍ２ １ ４ Ｔ ７ ．
５ ６
第 ４期
张振 宇等 ： 磁性液体磁一粘 效应研究进展及其理论分析
作 用 会 超 过 重 力 作 用 ， 磁 性 液 体 的流 动 困 难 。 使 同时使 用 毛 细 管粘 度 计 还 存 在 下 列 问题 ： ａ 场 （） 和涡量 方 向角度 之 间 夹 角 不 能任 意 改 变 ； ｂ 磁 （） 性液体 流 动 的方 向和磁场 的方 向在 流 动 区域 内不 能完全 一致 ；Ｃ 磁 场 在 径 向分 布 不 均 匀 ， 其是 （） 尤
磁性液体
磁性液体1.概述磁性液体,是磁性微粒表面包覆表面活性剂,并高度分散在基液中形成的磁性胶体溶液。
这种溶液在重力场和磁力作用下也不会出现凝聚和沉淀现象。
在外磁场下能够被磁化,通常显示超顺磁性。
撤去外场时,其磁畴又重新恢复杂乱无章的无序状态而消失其宏观特性。
磁性液体兼有固体的磁性和液体的流动性。
是一种新型的功能材料,在诸多领域有着广泛的应用。
60年代初期,美国宇航局为了解决宇宙服可动部分的密封及在空间失重条件下的燃料补充问题,开发了磁性液体。
1965年,S.S.Pappell获得世界上第一个具有试用意义的制备磁性液体的专利。
磁性液体问世后的短短几年,它就走出实验室,开始应用于科学实验和工艺装置中。
自60年代末期以来,美国、日本、前苏联、英国等国家相继开展了磁性液体技术的研究。
我国也于70年代末期开始磁性液体及其应用技术的研究。
目前,磁性液体出现了一系列品种,从其磁性微粒来分,有三大基本类别:铁氧体系、金属系和氮化铁系磁性液体。
其中铁氧体系磁性微粒有γ-Fe2O3、MeFe2O4(Me=Co、Mn、Ni)、Fe3O4,这类磁性液体在产量上占绝对优势,但受其自身限制,其饱和磁化强度较低,最高为850Gs,应用范围有限;金属系有Ni、Co、Fe以及FeCo和NiFe合金等,饱和磁化强度可达1500Gs,但即使是在惰性气体保护和加入抗氧剂的情况下也无法完全阻止其氧化;氮化铁系磁性液体相比较而言,饱和磁化强度高、化学稳定性强。
此外,一种以普通磁性液体和非磁性液体复合形成的复合型磁性液体也已出现,这种磁性液体具有双折射和二向色性等新奇特性。
日本还研制成了彩色和透明磁性液体。
随着研究的深入,将有越来越多的新成员加入到磁性液体家族中来。
人们对磁性液体的特性研究也在不断发展和深入。
首先从磁性液体的制备工艺和种类方面不断提高和改善磁性液体的基本特性,如Fe3O4磁性液体的饱和磁化强度从0.02T发展到0.06T左右。
另外,人们还对磁性液体所表现出的各种特殊性质进行了研究,如粘度特性、力学特性、光学特性、声学特性及温度特性等。
多铁性材料
（申请工学硕士学位论文）多铁性材料的制备及性能表征培养单位：材料复合新技术国家重点实验室学科专业：材料加工工程研究生：王敏指导教师：谭国龙教授2011年5月分类号密级UDC 学校代码 10497题 目 多铁性材料的制备及性能表征 英 文题 目 Preparation and characterization of multiferroic materials研究生姓名 王敏姓名 谭国龙 职称 教授 学位 博 士指导教师单位名称 国家重点实验室 邮编 430070申请学位级别 工学硕士 学科专业名称 材料加工工程论文提交日期 2011年5月 论文答辩日期 2011年5月学位授予单位 武汉理工大学 学位授予日期答辩委员会主席评阅人2011年5月独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
签 名： 日 期：学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。
同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。
（保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生（签名）： 导师（签名）： 日期摘要多铁性材料是最近几年发展起来的一类磁电功能材料，它集铁磁性和铁电性于一体，并且两者之间存在耦合效应，因而在信息储存、自旋电子器件、磁传感器、电容-电感一体化器件以及微波技术领域有着广泛的应用前景。
磁液
1. 什么是磁液磁液（也被称为铁磁流体或磁性流体）是一种呈棕黑色的液态的磁体，它由直径约为10纳米左右的超细磁性微粒均匀悬浮于合成油载体中而形成。
2. 磁液的简史磁液问世时带有神秘的色彩，它曾被列为高度机密。
美国航空航天局（NASA）在实施航天计划中为了能解决液体火箭的燃料在失重状态下流动和精确地控制，研究发展了磁液技术。
在固体燃料火箭技术成熟并取代了液体火箭后，磁液技术才获解禁。
参与该项目研究的几位科学家获得特别许可并于1968年成立了磁液公司,继续开发磁液的民用技术。
经过三十多年的发展,今天磁液已广泛用于扬声器制造业以及步进电机、大型电源变压器,录音录象磁带制造业,电脑硬盘和软磁盘制造业等等。
3. 磁液的功效在扬声器的T铁和华司所形成的间隙中加入一定量的磁液后会——明显提高扬声器承受功率，延长扬声器寿命。
在一般情况下，扬声器的承受功率受音圈耐热性的制约。
功率越大，产生的热量越大，导致音圈温度急遽上升，当达到音圈材料的承受极限时，音圈就会被烧毁。
而磁液的热传导系数远远大于空气，它能有效地将热能通过T铁、华司和盆架散发于空气中，从而防止音圈被烧毁，延缓了音圈材料及粘结剂的老化，从而延长了扬声器的寿命。
改善频响特性，减少失真。
磁液具有一定的阻尼性，扬声器在其最低谐振频率（f0）附近的频响曲线上会有峰值，因振膜振幅过大造成失真。
这是扬声器制造者希望克服的缺陷。
利用适当粘度的磁液对音圈运动的阻尼作用，可使扬声器在f0处频响曲线平滑。
从而改善了频率响应特性，有利于简化分频器线路的设计。
磁液有中心定位作用，能防止音圈在大振幅时产生的擦圈现象。
我们发现市面上有人在兜售劣质磁液，有的公司试用后已发生了不愉快事件。
为了防止更多的客户上当，我们已经对这些劣质磁液取样分析，并向用户提供过一些数据和性能对比报告，以说明杂牌磁液和我们所代理的Ferrotec磁液的巨大差别所在。
有的客户为了验证某些数据，自己进行实验。
然而单凭一些常规的项目，诸如测频率响应、阻抗等是不足以揭示磁液的优劣的。
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24k BT
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：
3、磁性液体的应用
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实用的磁性液体。自20 世纪60年代初问世以来，引起了世界各国的重视与兴 趣。磁性液体已在许多领域展现出广泛的应用前景。 如：在生物医学领域具有广泛的应用，如: 过高热的 恶性肿瘤处理（cancer treatment）, 核磁共振(MRI) 造影剂, 给药（drug delivery ）, DNA杂化及细胞分 离等.磁性液体印刷、磁性液体薄膜轴承、声纳系统、 磁性药物、细胞磁性分离、磁性液体人工发热器、磁 性液体涡轮发电、光学开关、磁性液体刹车、仪器仪 表中的阻尼器、磁性液体发电机、医疗中的造影剂等 等。
相对于已有的双分散体系实际为尺寸双分散体系而 言，由强、弱两类磁性纳米微粒构成的体系可称之为 “磁双分散体系”。这种“二元磁性液体”不同于由强 磁性微粒与非磁性微米量级微粒构成的“复合磁性液 体”。在“复合磁性液体”中，非磁性微粒粒径远大于 强磁性微粒，以致可视非磁性微粒分散在强磁性微粒构 成的连续介质中。在外场作用下，非磁性微粒由于感生 的负磁矩而产生相互作用，并可能产生类链结构。“复 合磁性液体”的宏观性质决定于非磁性微粒的性质及场 致结构。而“二元磁性液体”的场致结构及相应的物理 效应仍来源于强磁性微粒，但通过调整两种微粒的比例， 可望达到有别于单一强磁性微粒构成的磁性液体的性质。
0M sp 2V ( d )3
24kBT d 2s
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。
6、磁性液体的发展现状
美国、日本、英国、俄罗斯、法国、德国等国均有 进行磁性液体的基础研究与应用研究，并且还进行磁性液 体的生产。此外，在磁性液体的各种特性研究方面，从微 观机理上也相应展开了许多研究。比如，在磁性液体的磁 化性质的研究中提出了平均场理论、分子动力学理论、偶 极子—偶极子的相互作用模型、链形成模型、类气压缩模 型等。在零场下，磁性液体中的磁性微粒间由于相互作用 除了形成短链结构外，还存在弓形结构以及微粒间首尾相 连的环状结构，而环状结构对磁化强度没有贡献，但可通 过在磁性液体中加入弱磁性微粒增加或减少环状结构的数 量。但基础研究还落后于实际应用。
2、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。如， 当磁性液体置于一定强度的均匀磁场，当一束偏振光 穿过时，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，因而呈光学各向异性，将产生 法拉第效应、双折射效应等一系列磁光效应。磁性液 体在交变场中具有磁导率频散、磁粘滞性等现象。
7、二元磁性液体
通常，强磁性物质的饱和磁化强度远大于顺磁物 质的感生磁化强度，于是，强磁纳米微粒与弱磁纳米 微粒将不会形成场致结构。因此，由强磁性与顺磁两 类纳米微粒所构成的磁性液体可近似为磁双分散磁性 液体。这种磁性液体中的磁性相是强、弱两类磁性纳 米微粒即两类磁偶极子构成，所以我们称之为“二元 磁性液体”。
我国从20世纪70年代以来，南京大学、 北京交通大学、西南应用磁学研究所、西南 大学、东北大学、哈尔滨化工所、北京理工 大学、北京钢铁研究院等单位相继开展了这 一领域的基础研究与应用研究，并有产品可 提供市场。但目前国内还未广泛地了解此类 新型磁性材料的特性，也未开拓该材料在众 多领域的应用，与国外相比，我国的研究还 不够广泛和深入。
第二部分
磁性液体
之 二元磁性液体
1、磁性液体的概念
所谓磁性液体（也叫铁磁流体）(Ferrofluids, magnetic fluids，magnetic liquid, ferromagnetic fluids)，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。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，没有技术应用价值。），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。
4、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。
目前，在磁性液体中普遍采用单一化学组分的高（饱
和）磁化强度的纳米微粒。其粒径总是有一定分布，为多 分散体系，以致磁性液体其性质——微观结构、磁性、磁 光等不同于单一尺寸的单分散体系，因此在磁性液体的宏 观性质的机理研究上存在很多困难。
近年来，国际上理论研究较多的为双分散体 系模型，即同一化学成份的大、小两类无尺寸分布 的纳米微粒构成的体系，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。由此可推想，双分散 体系的磁性液体可具有新的性质。然而这样的尺寸 双分散体系在实验上是很难实现的。