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《华南理工大学》 2010年
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弱磁场辅助氧化共沉淀合成纳米Fe_3O_4颗粒及其磁流体性质和作为传动介质的应用研究

胡大为  
【摘要】: 四氧化三铁(Fe3O4)纳米粒子形貌对其性质和应用具有重要的影响。本论文采用弱外磁场(磁场强度小于500Gs)辅助氧化共沉淀法合成制备具有不同形貌的纳米Fe3O4颗粒;通过表面改性的方法将制备得到的Fe3O4纳米粒子分散于基载油中制备磁流体,并通过磁流体稳定性测试仪分析最佳的制备工艺,应用流变仪研究制备得到的磁流体的流变学特征;采用仿真和数值计算方法设计、优化磁流体传动装置,研究磁流体的传动性能及其与磁性粒子形貌的关系。 采用自行设计的弱外磁场辅助氧化共沉淀法合成纳米Fe3O4颗粒的装置,以NaOH、FeCl2和H2O2为原料,通过改变反应物浓度和辅助磁场大小制备纳米Fe3O4颗粒;经SEM、XRD、FTIR、VSM等技术检测分析表明,该方法可合成制备具有无规则、正八面体、六方片状等不同形貌的纳米Fe3O4颗粒;弱外磁场在合成过程中能够加速诱导α-FeOOH向Fe3O4的相转变,缩短反应的时间,提高产物的纯度;弱外磁场的引入,并不会改变产物的晶格点阵形状,只对产物晶体的形貌产生作用;不同形貌的Fe3O4颗粒具有不同的磁性能,由于六方片状Fe3O4纳米晶形状的各向异性和粒度大小的影响,其饱和磁化强度小于正八面体型Fe3O4纳米晶的饱和磁化强度。 论文通过磁流体稳定性理论分析计算,确定了磁流体的稳定分散条件;并通过设计采用L-C振荡电路原理的磁流体稳定性测试仪,确定制备稳定磁流体的条件。通过采用流变仪测试和研究利用不同形貌磁性颗粒制备得到的磁流体的磁流变学性能。结果表明:在未加外磁场的情况下,其流变学特性表现为Newtonian流体特性;在外加不同强度的水平方向磁场下,磁流体的粘度和剪切应力基本上不变,表现出Newtonian流体特性;外加不同强度的竖直方向磁场下,磁流体的粘度和剪切应力随外加磁场强度的增大而增大,表现出Bingham流体特性。正八面体形貌纳米Fe3O4颗粒由于其特殊的形貌,其制备得到的磁流体的粘度、剪切应力随外加磁场强度的变化较大。 论文通过圆盘式磁流体传动器件的工作原理建立了数学计算模型,根据磁流体传动的基本原理,设计了用于磁流体传动的实验装置,并利用仿真和数值分析的方法对传动装置的关键部位材料选择、磁路进行了优化设计。依据设计的磁流体传动装置,建立不同传动盘间隙下的有限元分析模型,分析得出了不同间隙下传递转矩和电流强度的关系。通过建立磁流体传动性能测试平台,对磁流体传递扭矩过程中的各主要因素进行了研究。结果表明:在传动盘之间间隙一定时,磁流体传递扭矩的大小和磁感应强度的大小有关,磁流体传递的扭矩在磁性粒子未达到其饱和磁化强度时,传递扭矩大小随磁感应强度增大而迅速增大,但随着磁感应强度的进一步加大,磁性粒子逐步达到其饱和磁化强度,磁流体传递扭矩大小的增长减缓,最后几乎不再增大;传动盘之间的间隙对磁流体传递扭矩的大小影响较大,间隙越大,传递的扭矩越小;传动盘之间的转速差对磁流体传递扭矩的大小影响较小,在低转速差下传递的扭矩随转速差的增加而有所增加,但超过一定的转速差后,由于磁流体的剪切稀化效应,传递的扭矩将有所减小;磁流体中磁性纳米粒子的形貌对磁流体传递扭矩的大小有一定的影响,正八面体形貌的磁性纳米粒子相对于无规则和六方片状形貌的磁性纳米粒子,其磁流体能够传递更大的扭矩。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TB383.1

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