接触一个新领域,看了一段时间论文,做下总结。以下是介绍些磁流变液相关的最基础的东西。后面将陆续介绍关于磁流变液的材料的选择、性能特性及应用研究方面的基础知识。一、什么是磁流变液?磁流变液(Magnetorheological Fluids,MRF)是智能材料的一个分支,它的出现与另外一种致流变体材料——电流变体(ER)几乎同步,但其研究热潮却要滞后于ER,主要是因为ER的强度和稳定性的研究比较困难。二、磁流变体的组成及材料,分类作为一种悬浊液,MR一般由基液、弥散质和活化剂(或叫添加剂)三部分组成,基液一般采用植物油和矿物油,弥散质选用磁性微粒,而活化剂的作用主要是为了增强流变效应和对于MR沉降问题的解决。根据组成及性能的不同,磁流变液可分为4种类型:1、 微米磁性颗粒-非磁性载液型磁流变液:经典型MRF,采用微米尺寸的顺磁或软磁材料颗粒和低磁导率的载液。使用最多的磁性颗粒是羰基铁粉。磁流变液的颗粒体积分数一般为20%~40%,有的高达50%。颗粒直径一般在0.1~100μm范围内,典型值为3~5μm。相应的载液可以为硅油、矿物油、合成油、水和乙二醇等。2、 纳米磁性颗粒-非磁性载液型磁流变液:这种磁流变液是用微米级的非磁性颗粒(如40~50μm的聚苯乙烯或硅石颗粒)分散溶于磁性载液(如铁磁流体)中制成的悬浮液。3、 磁性颗粒-磁性载液型磁流变液:这种磁流变液是用微米级的磁性颗粒分散溶于磁性载液(如铁磁流体)中制成的悬浮液。磁性载液加强了磁性颗粒间的作用力,从而增强了磁流变效应。4、 非磁性颗粒-磁性载液型磁流变液:这种磁流变液是用微米级的非磁性颗粒(如40~50μm的聚苯乙烯或硅石颗粒)分散溶于磁性载液(如铁磁流体)中制成的悬浮液。这种悬浮液的磁流变效应较低。三、磁流变体工作原理当对磁流变液加入强磁场的时候,磁流变液产生相应的流变特性,从而发生流变特性,使其粘度、塑性及屈服强度等大大提高。四、MR比ER有哪些优势1、 MR的强度比ER高1~2个数量级,这样就可以缩小所需容器的体积;2、 MR适应的工作温度范围更宽广。ER:-25~125摄氏度,MR:-40~150摄氏度;3、 MR不受杂质的影响,化学稳定性更强于ER;4、 MR采用了高电压(1~5kV),ER采用的低电压(12~24V)。五、为什么MR在加入磁场后粘度会显著提高?外加场强后MR粘度之所以会显著提高是因为这时候产生了链状结构。对于这种结构相应的研究目前最主要的有两种理论——相变和场致偶极矩理论。相变理论认为,在外加场强由零而逐渐增高时,弥散在基液中的固体颗粒为随机状态,其迁徙和转动受热波动影响。而当场强增加到一定程度后,颗粒磁化,受热波动和场强两方面的影响,某些颗粒互相靠拢成有序排列,称为序相或成核。随着场强的进一步增加,这些有序相连成长链,并且以长链为核心,逐渐吸收短链,这样链就逐渐变粗,构成固态相。相变理论能解释MR 的部分现象,但却并不为大多数学者接受,还需要进一步的一、实验验证。场致偶极矩理论认为在外加磁场的作用下,每一个颗粒都被极化为磁偶极子,各个偶极子相互吸引成链,MR的流变效应强队与偶极子链的力大小有关。该理论能接受单链强度函数关系式的诸多影响因素,也能解释链演变过程的外加场强的三个区域,但该理论不能解释链变粗过程及强度和粒子体积百分比的关系,也不能解释MR强度和粒子大小间的关系。导致这两种理论体系所得出的MR强度公式与实验所得值相差比较远的根本原因在于,两种理论都假设了弥散质粒子为一个规则形状(球形),在磁场作用下球形颗粒完全磁化而互相靠近。但事实上,粒子是非常不规则的,甚至某些粒子可能会互相嵌套(粒子间距R大于粒子平均直径d),而且粒子表面又有活性剂包覆。五、MR材料——弥散质弥散质的选择人们主要参考以下几个方面:1、 磁流变效应是一种可逆变化,因此,它的磁滞回线必须狭窄,内聚力较小,而磁导率很大,尤其是磁导率的初始值和极大值必须很大;2、 磁流变效应应具有较大的磁饱和强度,以便使得尽可能大的“磁流”通过磁流变体流体的横磁截面,从而给颗粒相互间提供尽可能大的能量;3、 磁流变体在接通交流电的工作期间内,全部损耗都应该是一个很小的量;4、 磁流变体中的强磁性粒子的分布必须均匀,且分布率保持不变,这样才能保证其高度磁化及稳定性;5、 为了防止磁流变体被磨损并改变性能,磁流变体必须具备极高的“击穿磁场”;6、 一般来说,磁流变体的稳定性不应随温度变化而改变,即在相当宽的温度范围具有极高的稳定性。六、MR沉降问题由于现在大多数流体所采用的磁性颗粒主要是铁、钴、镍等材料,其密度都比基液密度大,因此就使得磁流变液的沉降是一个大问题。解决该问题主要有两种方法。一种是加入稳定剂或表面活性剂,类似于乳化液把弥散质和连续相连接起来,影响稳定性的因素主要包括颗粒直径的大小、体积分数、颗粒密度及载液的粘度和密度等;另外一种解决方法是密度适配法,但该方法受温度影响较大而不稳定。七、磁流变体的应用及研究代表单位国外研究磁流变的主要研究单位有美国Lord公司的Carlson、美国福特公司的Ginder、美国通用汽车公司的Foister、美国马里兰大学、美国加州州立大学、韩国S.B.Troi等国内主要的研究机构:中国科技大学、复旦大学、上海交通大学、中科院长春光机所、电子科技大学、西北工业大等。目前主要应用领域:1、 座椅减震器2、 磁流变体刹车3、 主动型减震器参考文献:1、汪建晓,孟光。磁流变液研究进展[J],航空学报。2002,23(1)2、 王立忠 ,李云瑞, 王 锋。磁流变体研究状况及进展[J]