Fe3O4铁磁流体的制备与粘度特性分析

顾 涵，顾赛燕，劳裔豪，范凯梅，顾惠敏，刘 畅

常熟理工学院物理与电子工程学院， 江苏常熟 215500

0 引言

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的磁性固体颗粒、基液（也叫媒体）以及表面活性剂三者混合而成的一种胶状[1]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，在实际中有着广泛的应用，在理论上具有很高的学术价值，可广泛应用于磁流体密封、医疗器械、频率调节、减震[2]、磁流体探测等领域。本文采用化学共沉淀法[3-4]制备了稳定的Fe3O4 铁磁流体，对它的粘度特性进行了分析。

1 实验

实验原理

Fe3O4颗粒是磁流体制备的重要组成部分，采用化学共沉淀法在铁盐和亚铁盐溶液中加入氨水，可以制备出符合要求的Fe3O4颗粒，化学方程式为：

FeCl2·4H20 + 2FeCl3·6H20 + 8NH3H20 = 24H20+ 8NH4C1+ Fe304

1.2 实验方法

第 一 步： 按3∶5 的 质 量 比 称 量8g FeCl2·4H2OFeCl3·6H2O 混合物，溶解在60ml 水中，用玻璃棒反复搅拌，得到棕色溶液；

第二步：用碱式滴定管将氨水以3ml/min 的速度加入溶液中，观察形成Fe3O4颗粒，待其沉淀后放置于永磁铁上，以避免大颗粒的团聚[5]；

第三步：按体积比1∶19 配制成氨水-去离子水混合液，反复对Fe3O4颗粒进行洗涤，重复第二步，直到混合溶液的pH 值在9.2～9.8，沉淀分离后得到Fe3O4颗粒沉淀物及溶液共约30ml；

第四步：加入表面活性剂2.6g，超声波振荡约18min，取出未溶解的颗粒，重复几次后，将混合溶液静置冷却至室温，用超声波振荡5-8 次后得到稳定的Fe3O4铁磁流体。

2 实验结果及讨论

2.1 固体磁性粒子体积份额对粘度的影响

环境温度25 摄氏度，固体磁性粒子体积份额 Sφ 选取0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%，测量后整理数据如图1 所示。从变化曲线我们分析得知固体磁性粒子体积份额的增大会带来粘度的增大，且增大的趋势随着外加磁场的增大而变快。

图1 Fe3O4 铁磁流体粘度随 Sφ 的变化曲线

图2 Fe3O4 铁磁流体粘度随表面活性剂质量份额的变化曲线

2.2 表面活性剂质量份额对粘度的影响

环境温度25 摄氏度，固体磁性粒子体积份额 Sφ 为1.0%，表面活性剂质量份额σφ 选取3%、4%和6%，外加磁场为0，测量后整理数据如图2 所示。从变化曲线我们分析得知表面活性剂份额的增大会带来粘度的增大，且在一定范围里呈现线性变化。

同时我们还发现，稳定后的粘度比也与表面活性剂质量份额有关，表面活性剂质量份额的减小会增大最终的粘度比，实验数据如图3 所示。

图3 Fe3O4 铁磁流体粘度比随表面活性剂质量份额的变化曲线

图4 Fe3O4 铁磁流体粘度随温度的变化曲线

2.3 温度对铁磁流体粘度的影响

固体磁性粒子体积份额 Sφ 为0.5%，表面活性剂质量份额σφ 为3%，环境温度选取10、20、30 和40 摄氏度，测量后整理数据如图4 所示。结合安德雷德粘度与温度关系式我们发现，无论外界有无磁场作用，温度的升高都会带来粘度的下降，对比0Gs 和147Gs 情况，有磁场时粘度下降更快。

3 结论

本文介绍了Fe3O4铁磁流体的制备方法，分析了铁磁流体粘度与固体磁性粒子体积份额、表面活性剂质量份额和温度之间的关系，得到的相关结论可为企业应用提供参考，具有实际的应用价值。

[1]张立德.超微粉体制各与应用技术[M].北京：中国石化出版社，2011：223-230.

[2]邹继斌，陆永平.磁性流体密封原理与设计[M].北京：国防工业出版社，2011.

[3]陈惠钊.粘度测量[M].修订版，北京：中国计量出版社，2012.

[4]章梓雄，董曾南.粘性流体力学[M].北京：清华大学出版社，2010.

[5]温利等.磁流体密封技术的发展及应用综述[J].润滑与密封，2011(6)：86-89.