磁流体(一种新型的功能材料)
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更新时间:2023-05-19
磁流体
一种新型的功能材料
基本信息
中文名 | 磁流体 |
别名 | 磁性液体 铁磁流体 磁液 |
类别 | 电磁 |
分类 | 材料 |
词性 | 名词 |
基本介绍
玻璃瓶里的磁流体
磁流体在磁场的作用下形成丰富的微观结构,这些微观结构对光产生不同的影响,能在很大的程度上改变光的透射率和折射率、产生大的法拉第旋转、磁二向色散性、克尔效应等。磁流体的这种在磁场中的特性可以用在磁光开关、磁光隔离器、磁光调制器、粗波分复用器等。
磁流体粘度变化曲线
发展简史
1832年法拉第首次提出有关磁流体力学问题。他根据海水切割地球磁场产生电动势的想法,测量泰晤士河两岸间的电位差,希望测出流速,但因河水电阻大、地球磁场弱和测量技术差,未达到目的。1937年哈特曼根据法拉第的想法,对水银在磁场中的流动进行了定量实验,并成功地提出粘性不可压缩磁流体力学流动(即哈特曼流动)的理论计算方法。
制备方法
磁流体制备方法主要有研磨法,解胶法,热分解法,放电法等。
(1)碾磨法。即把磁性材料和活性剂、载液一起碾磨成极细的颗粒,然后用离心法或磁分离法将大颗粒分离出来,从而得到所需的磁流体。这种方法是最直接的方法,但很难得到300nm以下直径的磁流体颗粒。
(2)解胶法。是铁盐或亚铁盐在化学作用下产生或,然后加分散剂和载体,并加以搅拌,使其磁性颗粒吸附其中,最后加热后将胶体和溶液分开,得到磁流体。这种方法可得到较小颗粒的磁流体,且成本不高,但只适用于非水系载体的磁流体的制作。
(3)热分解法。是将磁性材料的原料溶入有机溶剂,然后加热分解出游离金属,再在溶液中加入分散剂后分离,溶入载体就得到磁流体。
(4)蒸着法。是在真空条件下把高纯度的磁性材料加热蒸发,蒸发出来的微粒遇到由分散剂和载体组成的地下液膜后凝固,当下地液膜和磁性微粒运动到下地液中,混合均匀就得到磁流体。这种方法得到的磁流体微粒很细,一般在2-10nm的粒子居多。
研究内容
磁流体
通过磁场力来考察磁场对静止导电流体或理想导电流体的约束机制。这个问题是磁流体静力学的研究范畴,对受控热核反应十分重要。磁流体静力学在天体物理中,例如在研究太阳黑子的平衡、日珥的支撑、星际间无作用力场等问题的解决中也很重要。
研究磁场力对导电流体定常运动的影响。方程的非线性使磁流体动力学流动的数学分析复杂化,通常要用近似方法或数值法求解。它们虽然是简化情况的解,然而清晰地阐明了基本的流动规律,利用这些规律至少可以定性地讨论更复杂的磁流体动力学流动。
研究方法
等离子体的密度范围很宽。对于极其稀薄的等离子体,粒子间的碰撞和集体效应可以忽略,可采用单粒子轨道理论研究等离子体在磁场中的运动。对于稠密等离子体,粒子间的碰撞起主要作用,研究这种等离子体在磁场中的运动有两种方法。一是统计力学方法,即所谓等离子体动力论,它从微观出发,用统计方法研究等离子体在磁场中的宏观运动;二是连续介质力学方法即磁流体力学,把等离子体当作连续介质来研究它在磁场中的运动。
磁流体密封 2
磁流体力学基本方程组具有非线性且包含方程个数又多,所以求解困难。但在实际问题中往往不需要求最一般形式的方程组的解,而只需求某一特殊问题的方程组的解。一般应用量纲分析和相似律求得表征一个物理问题的相似准数,并简化方程,即可得到有实用价值的解。
研究困境
实际应用
磁流体力学主要应用于三个方面:天体物理、受控热核反应和工业。
宇宙中恒星和星际气体都是等离子体,而且有磁场,故磁流体力学首先在天体物理、太阳物理和地球物理中得到发展和应用。当前,关于太阳的研究课题有:太阳磁场的性质和起源,磁场对日冕、黑子、耀斑的影响。此外还有:星际空间无作用力场存在的可能性,太阳风与地球磁场相互作用产生的弓形激波,新星、超新星的爆发,地球磁场的起源,等等。
磁流体力学在受控核反应方面的应用,有可能使人类从海水中的氘获取巨大能源。对氘、氚混合气来说,要求温度达到5000万到1亿度,并对粒子密度和约束时间有较高的要求。而使用环形磁约束装置在受控热核反应的研究中显出较好的适用性和优越性。
磁流体力学除了与开发和利用核聚变能有关外,还与磁流体发电密切联系。磁流体发电的原理是用等离子体取代发电机转子,省去转动部件,这样可以把普通火力发电站或核电站的效率提高15~20%,甚至更高,既可节省能源,又能减轻污染。
飞行器再入大气层时,激波、空气对飞行器的摩擦,使飞行器的表面空气受热而电离成为等离子体,因此利用磁场可以控制对飞行器的传热和阻力。但由于磁场装置过重,这种设想尚未能实现。
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