磁性流体
在高性能扬声器和制造集成电路硅单晶体时用的转轴密封材料以及惯性轮贮存能量等方面,先后用了能吸附在磁铁上的一种液体,即磁性流体。而且,其应用领域与日俱增。这种流体,一滴值千金,现已有办法投入批量生产,工厂企业都视之为至宝。
磁性流体是由镓经与十万分之一毫米的细颗粒的氧化铁 (铁氧体、磁铁矿) 粒子与液体相混合而成。强磁性的磁铁矿粒子在液体中均匀弥散分布,使整个液体看起来好像都具有磁性。若将磁性流体装入试管里,然后把它靠近磁铁,这时磁性流体便会受到磁铁的吸引而在试管里上升。
这种磁性流体是怎样发明出来的呢?它本是美国从事宇宙开发的产物。在宇航服衣领等活动部位,必须有密封材料,磁性流体就是作为密封材料开发出来的。但是,磁性流体虽然神奇绝妙,开头只是在制造半导体时,用来作真空密封材料而已。其根本原因,在于不能批量生产,成本过高。最近,终于找到了质量稳定,又能批量生产的方法,于是各厂家闻风而动,着手推广使用。
关于磁性流体的制造方法,有美国式和日本式。美国在技术上领先,但掌握制造方法的几乎只有费罗射流技术公司一家。该公司的制造方法,是在表面激活剂中把磁矿铁粉碎,使其成为在液体中易弥散的小颗粒,再与煤油或二酯油等有机溶剂相混合。在日本,东北大学的下坂润三教授发明了一种制造磁性流体的方法,叫“双分子包覆法”。即用两种分子把磁矿铁分子表面覆盖起来,粒子便会在整个液体中均匀弥散开来。采用这种方法,由于省去了在表面激活剂中长时间粉碎这一工序,因而生产成本仅为过去的1/10,而且获得的磁性流体,其粒子还能弥散于合成油或水中。
关于磁性流体的应用,最突出莫过于把夜间的剩余电能用飞轮贮存起来,以作为惯性轮的巨大旋转动力。日本石川岛播磨重工业公司技术研究所和日常工业技术研究院机械研究所等,正在开展实验研究,把磁性流体用作飞轮转子轴的密封材料。
为了防止飞轮因空气阻力而造成能量损失,便把飞轮置于近似真空的容器中旋转,为了保证真空密封、在转子轴周围安上磁铁,而在转子轴与磁铁之间灌入磁性流体加以密封。由于磁性流体为液态,几乎没有摩擦损失,所以能紧着磁铁,密封度就很高。
有趣的是,磁性流体有自动定心的性能。如果把磁铁放进装有磁性流体的容器里,磁铁就会自动固定在球的中心位置。因此,有人设想利用这种特点制造加速仪和三维罗盘仪。还有人把磁性流体填入扬声器的音圈与磁铁之间的空隙里,以防止音圈的动作紊乱。这样,流进音圈的电流会比原来增大两倍,以前最令人头痛的音圈发热问题,也由于磁性流体的作用而迎刃而解。
磁性流体还具有其比重随磁场强度增大而增大的特性。利用这一性质,目前正在开发研究从丢弃的汽车等废粒中分别回收铁、铝、铜等的方法。此外,磁性流体在医学上的应用,也如新苗出土,正在茁壮成长。