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铁磁流体 编辑

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铁磁流体

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铁磁流体是一种被磁铁吸引的液体。它们是由悬浮在载液(通常是有机溶剂或水)中的纳米级铁磁性或亚铁磁性颗粒制成的胶体液体。每个磁性粒子都用表面活性剂彻底覆盖,以防止结块。可以从均匀的胶体混合物中剥离出大的铁磁颗粒,当暴露于强磁场中时会形成单独的磁尘团。微小的纳米粒子的磁引力足够弱,以至于表面活性剂的范德华力 足以防止磁性结块或结块。在没有外部施加磁场的情况下,铁磁流体通常不保留磁化强度,因此通常被归类为“超顺磁性”而不是铁磁性。

与铁磁流体相反,磁流变流体(MR流体)是具有较大颗粒的磁性流体。即,铁磁流体主要包含纳米颗粒,而MR流体主要包含微米级颗粒。铁磁流体中的颗粒通过布朗运动悬浮,通常在正常条件下不会沉降,而MR流体中的颗粒太重,无法通过布朗运动悬浮。因此,由于颗粒与其载体流体之间的固有密度差异,MR流体中的颗粒将随着时间的流逝而沉降。结果,铁磁流体和MR流体具有非常不同的应用。

铁磁流体

描述

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铁磁流体由非常小的纳米级磁铁矿(直径通常为10纳米或更小)、赤铁矿或其他一些含铁的化合物和液体(通常是油)组成。它足够小以进行热搅拌,以将它们均匀地分散在载体流体中,并使它们有助于流体的总体磁响应。这类似于顺磁性盐水溶液(例如硫酸铜(II)或氯化锰(II)的水溶液)中的离子使溶液顺磁性的方式。典型的铁磁流体的成分约为5%的磁性固体,10%的表面活性剂和85%的载体(按体积计)。

铁磁流体中的颗粒通常使用表面活性剂分散在液体中,因此铁磁流体是胶体悬浮液-一种具有多种物质状态的材料。在这种情况下,物质的两种状态是固体金属和液体是英寸这种能力变化相位与磁场的应用允许它们被用作密封件、润滑剂,并且可以打开另外的应用在未来的纳米机电系统中。

真正的铁磁流体是稳定的。这意味着即使在极强的磁场中,固体颗粒也不会聚集或相分离。但是,表面活性剂往往会随着时间(几年)而分解,最终纳米颗粒会聚结,并且会分离出来,不再对流体的磁响应做出贡献。

术语磁流变流体(MRF)是指类似于铁磁流体(FF)的在磁场存在下会凝固的液体。磁流变流体具有微米级的磁性颗粒,比铁磁流体的磁性颗粒大一到三个数量级。

然而,铁磁流体在足够高的温度(称为居里温度)下会失去其磁性。

铁磁流体的应用

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电子设备

铁磁流体用于在硬盘中旋转的驱动轴周围形成液体密封。旋转轴被磁铁包围。放置在磁体和轴之间的间隙中的少量铁磁流体将通过其对磁体的吸引力而保持在原位。磁性颗粒的流体形成一个屏障,可防止碎片进入硬盘驱动器的内部。根据Ferrotec的工程师所说,旋转轴上的铁磁流体密封件通常可承受3到4 psi的压力。附加密封件可被堆叠,以形成能够承受更高的压力的组件。

机械工程

铁磁流体具有减少摩擦的能力。如果将其施加到足够坚固的磁体(例如由钕制成的磁体)的表面上,则可以使磁体以最小的阻力在光滑的表面上滑动。

铁磁流体也可用于机械航空航天应用中的半主动阻尼器。尽管无源阻尼器通常体积较大,并且考虑到特定的振动源,但有源阻尼器会消耗更多功率。基于铁磁流体的减振器解决了这两个问题,并且在必须应对大惯性和空气动力振动的直升机社区中变得越来越流行。

材料科学研究

可以使用弗朗西斯·比特(Francis Bitter)开发的技术将铁磁流体用于成像铁磁材料表面的磁畴结构

扬声器

从1973年开始,铁磁流体已用于扬声器中,以消除音圈中的热量,并被动抑制音盆的运动。它们位于通常由扬声器磁铁固定在音圈周围的气隙中。由于铁磁流体是顺磁性的,因此它们遵守居里定律,因此在高温下磁性降低。放置在音圈附近(产生热量)的强磁体比冷的铁磁通更能吸引冷的铁磁通,从而将加热的铁磁通从电音圈拉向散热器。这是一种相对有效的冷却方法,不需要额外的能量输入。

声学研究的Bob Berkowitz于1972年开始研究铁磁流体,用它来抑制高音扬声器的共振。1974年,马萨诸塞州Epicure的Dana Hathaway将铁磁流体用于高音扬声器阻尼,他注意到了这种冷却机理。贝克尔电子公司的Fred Becker和Lou Melillo也是1976年的早期采用者,Melillo加入了Ferrotec并于1980年发表了一篇论文。在音乐会音效中,Showco在1979年开始使用铁磁流体来冷却低音扬声器。松下1979年,它是xxx家将铁磁流体用于商用扬声器的亚洲制造商。该领域在1980年代初期迅速发展。如今,每年生产约3亿个内置铁磁流体的发声换能器,包括安装在笔记本电脑手机耳机和耳塞中的扬声器。


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词条目录
  1. 铁磁流体
  2. 描述
  3. 铁磁流体的应用
  4. 电子设备
  5. 机械工程
  6. 材料科学研究
  7. 扬声器

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