[发明专利]纳米磁流变流体及其制备设备和方法

说明书

本发明涉及纳米磁流变流体及其制备设备和方法。具体而言，本发明提供了一种纳米磁流变流体，包括：纳米级的可磁化的磁颗粒，磁颗粒的平均粒度或最小单维尺寸小于100纳米；和用作载液的流体，其中磁颗粒弥散分布在流体中。本发明还公开了纳米磁流变流体的制备设备和方法。与传统的磁流变流体相比，根据本发明制备的纳米磁流变流体具有巨大的不可替代的优势，例如，无剩磁、不易沉降、粘度低、对构件磨损率低、使用寿命长、可靠性高、响应干脆快速等性能优势。

本申请要求于2015年8月28日提交的申请号No.201510538070.7的中国专利申请“纳米磁流变流体”以及于2015年8月28日提交的申请号No.201510537836.X的中国专利申请“纳米磁流变流体的制备设备和方法”的优先权，这两个中国专利申请通过引用而完整结合于本申请中。

技术领域

本发明涉及纳米磁流变流体领域。具体而言，本发明涉及纳米磁流变流体。本发明还涉及制备纳米磁流变流体的设备和方法。

背景技术

磁流变流体是一种随着磁场的施加其粘度发生变化的液体。由高磁导率、低剩磁的软磁颗粒通过表面活性剂的作用均匀分散于非导磁性载液中而构成的稳定悬浮液体系。磁流变流体的工作原理是：在外加磁场的作用下，每一颗粒都极化成磁偶极子,各个偶极子相互吸引，在两磁极板间形成的链束状结构像桥一样横架在极板之间,阻碍了流体的正常流动,使其产生类固体的特征。当去掉外加磁场时，流体又恢复到原来的状态，即磁流变液在液态和固态之间进行快速可逆的转换。固态化程度与电流强度成稳定可逆的关系，即控制电流强度就可以精确控制固态化磁流变液的剪切屈服强度。

磁流变流体多年来研究者甚多，目前也已被逐渐应用于各种器件中控制阻尼力，如减震器、震动吸收器、人体假肢和弹性座椅等。磁流变液在磁场作用下的流变是瞬间的、可逆的、而且其流变后的剪切屈服强度与磁场强度具有稳定的对应关系，非常容易实现智能控制。因此，磁流变液是一种用途广泛、性能优良的智能材料，磁流变流体的应用领域正在迅速扩大。

传统的磁流变流体存在剩磁现象，分散于磁流变流体中有剩磁的磁响应颗粒在磁场去除后因颗粒有剩磁而使磁流变流体不能完全恢复到自由流动状态，干扰了磁流变流体工作器件的控制过程。为了降低矫顽磁力，传统的磁流变流体的磁颗粒的粒度大于0.1μm，优选粒度大于1μm，(见美国专利US6203717B1等)，这就带来了另一个突出问题，即，磁颗粒在磁流变流体中易沉降。

颗粒趋于沉降的原因之一是油的密度(0.7-0.95g/cm3)与金属颗粒的密度(铁颗粒约为7.86g/cm3)差别很大，原因之二是传统的磁流变流体中的可磁化颗粒粒度较大(其优选粒度大于1μm，即1000纳米，如美国专利US6203717B1等)，微细固体颗粒在流体介质中的自由沉降末速度与其粒度的平方成正比。材料的沉降造成了颗粒的非均匀分布，干扰了磁流变流体的活性。一些早期的磁流变流体(参见美国专利2575360、2661825、2886151、US6203717B1等)主要成分是铁粉末和低粘度油、这些磁流变流体均易于沉降，且沉降的速率随着温度的上升而加快。所以通常需要添加各种增稠剂和悬浮剂。由于这些防沉降组分的大量加入，大幅提高了磁流变流体的粘度，但是，这同时增加了材料在无磁场状态的流动阻力(粘度)。

磁颗粒的沉降直接导致磁流变流体的使用寿命短、可靠性低和最终导致磁流变流体失效。

磁流变流体的初始粘度大、流动阻力大，这直接导致部分设备在未加磁场时的例如运动部分或器件的性能低下。

剩磁的存在是现有技术的通病，这种缺陷会随着使用时间的延迟愈发突出，这不仅会导致磁流变流体及其应用设备的性能低劣，而且特别是会造成流体或设备的控制响应性能和可靠性低下，并且同样也会存在使用寿命短的缺陷。

除了颗粒沉降、初始粘度大和存在剩磁，现有磁流变流体的还存在的另一个突出的技术问题是磨损问题。磁流变流体中的磁颗粒会与其接触的运动部件表面造成磨损，可磁化颗粒的粒度越大，磨粒磨损越严重。