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作者：

赵德星

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摘要：

磁流变液是一种流变特性可控的新型智能材料,具有响应快(毫秒级)、连续可调和能耗低等优良的特性,在工程领域表现出巨大的应用潜力。传统磁流变液存在着沉降稳定性较差和力学性能不足等问题,严重影响了磁流变液的发展。磁性颗粒作为磁流变液的重要组成部分,其形貌、尺寸、结构和磁性能直接影响着磁流变液的综合性能。目前使用最多的磁性颗粒为商用的羰基铁粉,虽然羰基铁粉拥有非常出众的力学性能,但由于其密度较大导致磁流变液的沉降稳定性较差,限制了磁流变液的性能发挥和实际应用。因此,设计和开发具有不同形貌和结构的新型磁性颗粒成为当前磁流变液研究的热点。本研究采用溶剂热法制备了两种不同形貌的四氧化三铁磁性颗粒,采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线衍射仪(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)、热重分析仪(TGA)、全自动比表面积分析仪和振动样品磁强计(VSM)对颗粒的形貌、结构及物理化学性能进行了系统分析,然后以硅油为连续相以磁性颗粒为分散相制成两种磁流变液,进而采用旋转流变仪和静止观察法对磁流变液的力学性能和沉降稳定性进行了测试,并得出了以下研究结论:(1)采用溶剂热-煅烧处理的两步法制备出了具有阵列花状形貌的四氧化三铁颗粒,其平均直径大小为3.2μm,SEM和TEM结果表明在该颗粒表面是由许多褶皱组成的花瓣状,这种特殊结构有利于增大与基液的接触面积,产生更大的下降阻力,达到减缓沉降速率的效果;磁流变性能测试中,测得在磁场强度为250 kA/m,其屈服强度达到了867 Pa,在静止沉降15天后的沉降比为86.5%,而传统的羰基铁粉基磁流变液在15天后的沉降比为62.8%,阵列花状形貌四氧化三铁颗粒基磁流变液的沉降稳定性要优于羰基铁粉基磁流变液,显示出良好的沉降稳定性。(2)采用一步化学溶剂热法制备出了具有多孔纳米晶团簇状四氧化三铁颗粒,其平均直径大小为250 nm,SEM和TEM显示该颗粒是由许多微小的纳米晶粒所组成,在颗粒内部存在着许多由纳米晶粒团聚所生成的孔隙;磁流变性能测试中,在磁场强度为250 kA/m,其屈服强度达到了340 Pa,在静止沉降15天后的沉降比为79.6%,多孔纳米晶团簇状四氧化三铁颗粒基磁流变液的沉降稳定性要优于羰基铁基磁流变液,其显示出良好的沉降稳定性原因在于多孔结构有利于在磁流变液中减低其表观密度,进而增强了磁流变液沉降稳定性。两种形貌的四氧化三铁颗粒均显示出优异的沉降稳定性。

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关键词：

四氧化三铁颗粒 溶剂热 磁流变液 屈服强度 沉降稳定性