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《大连理工大学》 2004年
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纳米磁流体的等离子体制备及其应用基础研究

李学慧  
【摘要】:纳米复合功能材料磁流体的应用领域和范围主要取决于磁流体的性能指标,要获得高品位、高性能的磁流体,其制备技术工艺复杂、流程沉长,阻碍磁流体的应用发展。鉴于等离子体技术在合成新材料中除了具有更高温度和能量密度以外,还可以引发常规反应中不能或难以实现的物理变化和化学变化,将等离子体技术用于制备氮化铁磁流体。本论文的工作分为两部分,一部分是在总结以往工作基础上,探讨常压下采用等离子体活化法制备氮化铁磁流体的新工艺;另一部分是利用等离子体制备氮化铁磁流体的特性进行的应用基础研究。 在纳米磁流体的制备方面,根据应用不同,采用不同方法对铁酸盐系、氮化铁系磁流体进行制备研究。通过采用化学共沉法、气相液相法及等离子体活化法对纳米磁流体实际制备的研究,实验发现,等离子体活化法是制备氮化铁磁流体缩短制备周期的最新方法。对比实验研究发现,气相液相法工艺复杂、流程沉长,需经过多次升温降温,一般需10几个小时才能制备出氮化铁纳米磁流体;而采用等离子体活化法,利用特殊的脉冲放电电极结构,在自行研制的等离子体反应装置上,对气相液相两相混合介质进行的活化和电离,加速气液分子断键复合生成纳米磁性粒子再经表面活性剂的单分子层包覆就制成纳米磁流体。实验研究发现,在实验室现有条件下,最高脉冲频率应控制在62KHz,最高脉冲电压应控制在15KV,反应腔内的温度应控制在200℃左右(相对值),反应时间应控制在2小时左右。虽然腔内反应瞬变,因素复杂且相互关联、相互制约,但只要控制好脉冲频率、脉冲电压、反应温度和反应时间,就能制备出品位高的氮化铁磁流体。所制备的磁流体,其磁饱和强度一般都在800Gs(浓缩前)左右,组成磁流体的磁性颗粒平均粒度都在10nm左右,比气相液相法制备周期缩短了80%,实现了常压下用物理方法控制气液两相化学反应的速率,开拓出制备氮化铁磁流体的一种新方法和新工艺,到目前为止,国际上尚未见到相关方面的报道。 摘要 同时,采用脉冲交织方法,使小容量速度快IGBT实现了增频增容,研 制出适合等离子体活化法制备氮化铁磁流体的特种电源。其输出频率 gKHz一65KHz连续可调;输出电压0一30KV连续可调;输出功率可达SKVA。 在等离子体活化法制备氮化铁磁流体方面,该特种电源国内外未见相关报道。 采用溶剂法用多乙烯多胺和不饱和脂肪酸反应配比为1:4制备的表面活性 剂,应用于氮化铁磁流体,得到的磁流体稳定性和日本进口表面活性剂 “PBSI”相当。 在纳米磁流体的应用基础研究方面,结合采用等离子体活化法所制备磁 流体的特性及企业和高校的实际需求,进行磁流体的应用基础研究。根据国 内外现有弹簧安全阀密封特性差、启闭压差大、动作缓慢等固有缺陷,利用 磁流体在磁场中能够被控制的特性,研制出“磁流体密封安全阀”。实验研究 发现,该阀经开启性能、开启压力可控性和密封性能测试,阀瓣开启前后 密封性能好,可以做到“零泄漏”;启闭压差小,开启压力和排放压力 几乎相等;密封面的间隙处弥和磁流体,加工精度要求不高,尤其适合 国防、核电站、电厂、石化企业、化工企业等丝毫不能泄露的特殊场合。该 阀经专家鉴定,界定为“国际先进”,鉴定证书:大科鉴字t2000]第5号,其 专利授权号:982 1 0741.2。 利用等离子体法制备纳米磁流体表观密度受磁场梯度影响而分布的非均 匀性,研制出测量固、液两相胶体溶液的“磁流体表观密度测量仪”,该测量 仪既能测量纳米磁流体中不同深度的表观密度,也能测量磁流体中某点表观 密度随磁场变化的规律;可以用来研究磁场梯度、计算磁饱和强度;也可以 进行磁流体选矿的机理研究。到目前为止国内外未见相关方面报道。该“测 量仪”已经申请发明专利,其专利申请号为:02 132428.X。2003年试加工60 台,己经辐射辽宁省部分使用单位。 关键词:磁流体,纳米微粒,磁饱和强度,等离子体,安全阀,表观密度
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TB383

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