材料

磁流体/磁流变液

磁流体/磁流变液 2018年9月4日

磁流体

磁流体(Magnetic Fluid)又称磁性液体、铁磁流体(Ferrofluid)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。这些磁性颗粒均匀分布,即使将磁流体放在强力磁铁周围,它们依然能稳定的分布,同时又让液态表现出磁性。

这是一张发在Raddit上的动图

当磁铁靠近上图的钉子,就在钉子周围施加了磁场,于是乎,磁流体就会沿着看不见的磁感线分布开,形成尖峰的造型,颇有哥特式建筑的韵味。表铁磁微粒由表面活性剂包裹,可以防止它因分子间作用力和磁力作用而发生凝聚,同时重力拉扯着液体沿着螺丝向下滑动,最终形成了一层层的尖峰。这种形态的形成也符合能量最低原理,也就是说形成这种尖峰式的造型所需的能量是最小的。当然,你也可以拿着更多的磁铁,改变外加磁场,随意给磁流体凹造型~也可以带着一块磁铁来溜溜磁流体。

市面上常见的铁磁流体时钟

磁流变液

磁流变液(Magnetorheological Fluid , 简称MR流体)属可控流体,是智能材料中研究较为活跃的一支。磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。这种悬浮体在零磁场条件下呈现出低粘度的牛顿流体特性;而在强磁场作用下,则呈现出高粘度、低流动性的Bingham体特性。

由于磁流变液在磁场作用下的流变是瞬间的、可逆的、而且其流变后的剪切屈服强度与磁场强度具有稳定的对应关系,因此是一种用途广泛、性能优良的智能材料。目前,磁流变液已经开始应用于研磨(抛光)工艺、阀门和密封、家庭健身器、机械手的抓持机构、装配车间不规则形体的依托架、以及自动化仪表、机器人的传感器和采矿、印刷等行业。在其众多应用领域当中,研究最多、发展最快的应用领域是汽车座位减振器、刹车器、主动驱动器以及土模机构减振器。

磁流变液在刹车上的应用及原理

磁流体/磁流变液两者区别

MRF(magnetorheological fluid)和MF(magnetic fluid/ferrofluid)中磁性粒子粒径不同,MRF通常为0.1~100微米,MF为1~100纳米。MF由自身布朗运动保持稳定,理论上不会沉降。MRF由于粒径过大,粒子无法做布朗运动,由分散剂(通常为表面活性剂)保持暂时稳定。

MRF在外磁场作用下可以用于力传递方面应用。MF多为临界材料或生物医用方面精细应用。