納米家族中的一員——納米磁性液體
納米磁性液體,是由納米級(jí)的強(qiáng)磁性微粒高度彌散于某種液體之中所形成的穩(wěn)定的膠體體系。它的主要特點(diǎn)是在磁場(chǎng)作用下可以被磁化、運(yùn)動(dòng),同時(shí)又具有液體的流動(dòng)性。在靜磁場(chǎng)作用下,磁性顆粒將沿著外磁場(chǎng)方向形成一定有序排列的團(tuán)鏈簇,使得液體變?yōu)楦飨虍愋缘慕橘|(zhì)。當(dāng)光波、聲波在其中傳播時(shí),會(huì)產(chǎn)生光的法拉第旋轉(zhuǎn)、雙折射效應(yīng)、二向色性以及超聲波傳播速度與衰減的各向異性。其介電性質(zhì)亦會(huì)呈現(xiàn)各向異性。這些有別于通常液體的奇異性質(zhì),為新穎的磁性器件的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
密封材料。利用磁性液體可以被磁控的特性,用環(huán)狀永磁體在旋轉(zhuǎn)軸密封部件產(chǎn)生一環(huán)狀的磁場(chǎng)分布,可將磁性液體約束在磁場(chǎng)之中而形成磁性液體的“O”形環(huán),且無(wú)磨損,做到長(zhǎng)壽命的動(dòng)態(tài)密封。此外,在計(jì)算機(jī)中為防止塵埃進(jìn)入硬盤(pán)中損壞磁頭與磁盤(pán),在轉(zhuǎn)軸處也已普遍采用磁性液體的防塵密封。在精密儀器的轉(zhuǎn)動(dòng)部分,如X射線衍射儀轉(zhuǎn)靶部分的真空密封,大功率激光器的轉(zhuǎn)動(dòng)部件,甚至機(jī)械人的活動(dòng)部件亦采用磁性液體密封法。單晶爐提拉部位、真空加熱爐等有關(guān)部件的密封等,磁性液體也是較理想的動(dòng)態(tài)密封方式之一。
新的潤(rùn)滑劑。磁性液體中的磁性顆粒尺寸僅為10納米,因此,不會(huì)損壞軸承,而基液亦可用潤(rùn)滑油,只要采用合適的磁場(chǎng)就可以將磁性潤(rùn)滑油約束在所需的部位。
增進(jìn)揚(yáng)聲器功率。在音圈與磁鐵間隙處滴入磁性液體,由于液體的導(dǎo)熱系數(shù)比空氣高5~6倍,從而使得在相同條件下功率可以增加1倍。
阻尼器件。磁性液體具有一定的粘滯性,利用此特性可以阻尼掉不希望的系統(tǒng)中所產(chǎn)生的振蕩模式。例如在步進(jìn)電機(jī)中滴加磁性液體,就可阻尼步進(jìn)電機(jī)的余振,使步進(jìn)電機(jī)平滑地轉(zhuǎn)動(dòng)。用磁性液體所構(gòu)成的減震器可以消除極低頻率的振動(dòng)。
選礦分離。物體在磁性液體中的浮力是隨著磁性液體的磁化狀態(tài)而改變的,因此可采用一梯度磁場(chǎng),控制磁場(chǎng)的強(qiáng)弱就可以分離不同比重的非磁性金屬與礦物。
計(jì)量閥和光通閥。在一個(gè)非磁性材料制成的導(dǎo)管外面安放一電磁鐵,管內(nèi)放一些磁性液體,通過(guò)改變磁力大小,從而控制磁性液體開(kāi)口的大小,這樣就可以改變液體流量或光通量。同理可制成各式各樣的開(kāi)關(guān)閥、安全閥、伺服閥等。
光纖連接器。通信上常要把有限長(zhǎng)度的微細(xì)光纖連接起來(lái)組成通信線路,光纖之間的連接除焊接外還可以用磁性液體制作的光纖連接器,改變外加磁場(chǎng)大小就能調(diào)整光纖所受的壓力,適于不同外徑光纖的連接,連接和斷開(kāi)都十分方便。
磁性藥液。利用對(duì)人體無(wú)害的載體制成的混有藥物的磁性液體注入患者血管或皮下,通過(guò)磁場(chǎng)的作用便可將藥物集聚于病灶部位,少量的藥物就能達(dá)到較高的療效。這種用藥方式在征服癌癥的斗爭(zhēng)中頗受重視。因?yàn)槎鄶?shù)治癌藥物的副作用較大,減小藥物劑量就能減輕病人的痛苦和對(duì)其它器官的損害。
冷卻器。磁性液體的溫度上升到一定程度后,其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度急劇下降,因此熱源以上幾乎成了不導(dǎo)磁的流體;而熱源以下,由于溫度較低則成為良好的導(dǎo)磁流體。在永久磁鐵或電磁鐵所形成的磁場(chǎng)中可向上流動(dòng),熱的流體通過(guò)冷卻器又變成了導(dǎo)磁的流體,這樣不斷循環(huán),就形成了不需要泵等動(dòng)力設(shè)備的冷卻系統(tǒng)。
信息處理。利用磁場(chǎng)或電場(chǎng)對(duì)磁性液體的吸附作用可使磁潛像和靜電潛像顯像,所得文字或圖像十分清晰。磁性液體顏色濃黑,在紙上有很好的吸附性,從噴嘴中噴出的速流受磁場(chǎng)控制,可噴印文字和各種圖像,其信息可進(jìn)行光學(xué)或磁電讀出。
此外,磁性液體還在許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。如細(xì)胞磁性分離、磁性液體渦輪發(fā)電、磁性液體剎車等等,它將在工業(yè)生產(chǎn)和人們生活中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。