磁流变液的制备机理和应用..docx

磁流变液的制备、机理和应用龚兴龙? 李辉? 张培强（中国科学院材料力学行为与设计重点实验室中国科学技术大学力学和机械工程系合肥 230027）摘要: 本文就作者最近在磁流变材料方面的研究介绍磁流变液这种新型智能材料的制备、机理、测试、应用和发展。关键词:磁流体磁流变液磁流变弹性体中图分类号: O373The Fabrication、Mechanism and Applications of Magnetorheological FluidsGONG Xinglong, LI Hui, ZHANG Peiqiang CAS Key Laboratory of Mechanical Behavior and Design of Materials, Department of Mechanics and Mechanical Engineering, University of Science and Technology of China, Hefei 230027, ChinaAbstract: Magnetorheological fluid is a new kind of intelligent materials. Its fabrication、mechanism、property measurement、applications and development are introduced in this paper.Key words: Magnetic Fluid, Magnetorheological Fluid, Magnetorheological Elastomer1.引言磁流变液(Magetorheological Fluid，简称MRF)和磁流体(Magnetic Fluid，简称MF)是两个容易混淆的概念。虽然它们都是用磁性微粒分散在合适的液态载体中形成的，但由于悬浮粒子的尺寸范围不同,因而它们的物理特性和应用领域也不同[1]。从粒子材料和尺寸上说，磁流体中悬浮粒子的直径在1～10nm范围内，通常用合适的表面活性剂将悬浮粒子分散在液体中，由于粒子的尺寸小，布朗运动可以阻止粒子沉淀和团聚，其稳定性能好；而磁流变液，悬浮粒子的直径为0.1～500μm，粒子较大，布朗运动无法阻止颗粒沉淀和团聚，必须采取如表面包裹、复合等方法来降低整个颗粒的密度，提高材料的稳定性。从受外加磁场作用而表现出来的力学性能看，磁流体的屈服应力变化通常在几Pa到几百Pa之间；而磁流变液的屈服应力变化通常可达数十kPa，比磁流体的控制范围大得多。再从二者应用角度看，磁流体主要是利用其粘度变化进行物质分离，机械装置的承载和密封等；而磁流变液主要是利用其提供的大剪切力矩，制作阻尼器件，实现阻尼控制和力矩传递。本文尝试就我们的研究工作，向各位磁流体研究者介绍磁流变液的制备、机理、测试、应用和发展。2.磁流变液的研究概况1948年Rabinow首先提出了磁流变液的概念[2]。它是将微米尺寸的磁极化颗粒分散于非磁性液体（矿物油、硅油等）中形成的悬浮液。在零场情况下，磁流变液表现为流动性能良好的液体,其表观粘度很小；在强磁场作用下可在短时间（毫秒级）内表观粘度增加两个数量级以上，并呈现类固体特性；而且这种变化是连续的、可逆的，即去掉磁场后又恢复到原来的状态。然而，从50年代到80年代期间，由于没有认识到它的剪切应力的潜在性以及存在悬浮性、腐蚀性等问题，磁流变液发展一直非常缓慢。进人90年代，随着制备技术的提高，磁流变液研究重新焕发了生机，成为当前智能材料研究领域的一个重要分支[3-4]。目前国外已有十几个国家投巨资，对该项目进行加速研究和开发，竞相发展这一技术。美国LORD公司的Carlson和Weiss等人在磁流变液性能研究和应用开发方面取得了较为突出的成就，使LORD公司在国际上第一个推出商用磁流变器[5]。美国加州州立大学的Zhu和Liu等人对磁流变液的流变学，特别是微观结构进行了大量深入的研究[6]。美国Notre Dame大学的Dyke和Spencer等人将磁流变液阻尼器用于大型结构地震响应的控制[7]。另外，白俄罗斯传热传质研究所的Kordonski等人在磁流变液的抛光和密封应用方面取得了较大的进展[8]。德国Kormann等人在对颗粒直径、表面层等作了适当修饰改进后，已研制出稳定的纳米级磁流变液(具有和磁流体几乎完全相同的组成)，在0.2T的中等磁场作用下，屈服应力可达4kPa[9]。我国的磁流变液研究工作起步较晚，近几年来国内先后有中国科技大学、复旦大学、重庆大学、西北工业大学、中科院物理所、重庆智能材料结构研究所等数十家科研机构和院校也都相继开展此方面的研究工作。随着研究的深入和MRF性能的提高，该技术开始在机械工程、汽车工