磁性液體的優(yōu)化制備及其流變性能的分子動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、磁性液體兼具固體磁性材料的磁性和液體的流動(dòng)性，顯示出獨(dú)特的物理性能和力學(xué)行為，因而在諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。為了得到性能更加優(yōu)異的磁性液體，并在此基礎(chǔ)上深入理解磁性納米顆粒在復(fù)雜流場(chǎng)中的動(dòng)力學(xué)行為，本文對(duì)磁性液體制備方法進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，研制得到具有良好穩(wěn)定性能和磁粘性效應(yīng)的Fe@SiO2磁性液體，使用流變儀對(duì)其力學(xué)行為進(jìn)行了表征測(cè)試。并結(jié)合前面的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，用分子動(dòng)力學(xué)方法模擬研究了磁性納米顆粒在復(fù)雜流場(chǎng)下形成的有序結(jié)構(gòu)及其對(duì)磁性液體流

2、變性能的影響。
　　 首先，本文優(yōu)化設(shè)計(jì)了磁性液體的制備方法。選用橢球型核殼結(jié)構(gòu)微粒Fe@SiO2代替?zhèn)鹘y(tǒng)使用的Fe3O4配制磁性液體，通過流變儀對(duì)其流變性能和粘彈性行為進(jìn)行了深入的實(shí)驗(yàn)研究。橢球型核殼微粒Fe@SiO2兼有核，殼組分的優(yōu)異性能，呈現(xiàn)出特殊的物理化學(xué)特性。其橢球形的內(nèi)核鐵賦予了材料各向異性的磁性能，而表面的二氧化硅保護(hù)“層”不僅能有效阻止微粒在懸浮液中團(tuán)聚，明顯改善復(fù)合微粒在后續(xù)加工過程中的穩(wěn)定性，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)磁性

3、粒子的進(jìn)一步功能化。經(jīng)優(yōu)化制備得到的磁性液體既有優(yōu)異抗氧化性和分散性，同時(shí)還具備較高的飽和磁化強(qiáng)度。使用高精度流變儀，對(duì)其流變性能和粘彈性行為進(jìn)行了詳細(xì)的研究，結(jié)果表明Fe@SiO2磁性液體具有良好的磁流變性能和獨(dú)特的線性粘彈性特征。這種磁性液體與眾不同的力學(xué)行為是由其功能獨(dú)特的磁性核殼微粒Fe@SiO2決定的。同時(shí)，微粒與基液間的相互作用對(duì)磁性液體的流變性能也有重要影響。
　　 其次，建立磁性納米顆粒在復(fù)雜流體中的動(dòng)力學(xué)方程組

4、，使用分子動(dòng)力學(xué)模擬研究了磁性納米顆粒在多場(chǎng)耦合下形成的微觀結(jié)構(gòu)及其對(duì)磁性液體流變性能的影響。磁性液體內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的形貌、尺寸和分布會(huì)強(qiáng)烈影響其力學(xué)行為，因而對(duì)磁性液體微觀機(jī)理的研究具有十分重要的意義。分子動(dòng)力學(xué)模擬，是一種在原子層次上探究材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)和各種力學(xué)行為的有效方法。通過對(duì)磁性液體分別在靜態(tài)、受穩(wěn)態(tài)剪切和壓縮載荷作用下的分子動(dòng)力學(xué)模擬及其與實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的對(duì)比，證明在外加磁場(chǎng)下，磁性液體中的磁性納米顆粒將沿磁場(chǎng)方向形成鏈狀有序結(jié)