能像液體一樣流動(dòng),能像磁鐵一樣被磁場吸引,這就是磁性液體,一種神奇而有趣的材料。將直徑小于 10 納米的固體磁性顆粒,通過一定的技術(shù)手段,均勻地分布于水、煤油等液體當(dāng)中,就形成了磁性液體。 在這里,你將看到這種材料的以下獨(dú)特性質(zhì),以及它在工業(yè)生產(chǎn)、航空航天,甚至醫(yī)學(xué)、藝術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用。
能像液體一樣流動(dòng),能像磁鐵一樣被磁場吸引,這就是磁性液體,一種神奇而有趣的材料。
本書作者從事磁性液體研究30余年,為國家解決了一系列關(guān)鍵性技術(shù)難題。本書是基于作者的研究成果,用通俗化的語言,精美的圖片介紹了磁性液體的物理化學(xué)性質(zhì)以及在眾多領(lǐng)域的獨(dú)特應(yīng)用。中國科學(xué)院沈保根院士和都有為院士作序推薦。
磁性液體,也稱磁流體或鐵磁流體,它是一種既能像液體一樣流動(dòng),又能像固體磁性材料一樣被磁場吸引的膠體溶液。將直徑為10納米左右的固體磁性顆粒通過一定的技術(shù)手段使其均勻地分布于水、煤油等液體當(dāng)中,就形成了磁性液體。由于具有獨(dú)特的性質(zhì),磁性液體自誕生以來,其應(yīng)用潛力不斷得到發(fā)揮,在工業(yè)、航空、航天,甚至醫(yī)學(xué)、藝術(shù)領(lǐng)域都有獨(dú)特的應(yīng)用。
自1977年在意大利召開了第一屆國際磁性液體會(huì)議以來,該會(huì)議每三年召開一次。在這一研究領(lǐng)域,國內(nèi)外已發(fā)表論文、專利數(shù)千篇,且發(fā)表的數(shù)量逐年遞增,充分反映了磁性液體蓬勃的發(fā)展前景。盡管我國已有不少研究單位開展了磁性液體的研究工作,但這項(xiàng)研究在我國的應(yīng)用局面并未完全打開,也從一個(gè)側(cè)面反映出這一領(lǐng)域尚未被人們普遍了解。
著者從1989年開始一直致力于密封、減振器、傳感器等基礎(chǔ)零部件的研發(fā),特別是在多學(xué)科與機(jī)械學(xué)交叉的基礎(chǔ)上,主持創(chuàng)建了極端工況下磁性液體零泄漏密封技術(shù)體系,發(fā)明了耐寬溫域高性能磁性密封技術(shù)、耐酸堿長壽命磁性液體動(dòng)密封技術(shù)、耐強(qiáng)核輻射高可靠磁性液體動(dòng)靜密封技術(shù),實(shí)現(xiàn)了耐強(qiáng)核輻射零泄漏磁性液體密封的突破。取得的原創(chuàng)性技術(shù)成果廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外300 多家單位。
編撰這樣一本著作,旨在讓更多的人了解磁性液體,在更多的領(lǐng)域發(fā)掘和利用磁性液體的巨大潛力。基于這一寫作宗旨,本書共分8個(gè)章節(jié),分別介紹了磁性液體的物理化學(xué)性質(zhì),以及在眾多領(lǐng)域的獨(dú)特應(yīng)用。在寫作過程中,盡量考慮到內(nèi)容的知識(shí)性、科學(xué)性和趣味性。形式力求生動(dòng)活潑、簡潔易懂,不僅對(duì)難點(diǎn)詞匯做了適當(dāng)注釋,而且還添加了豐富的圖表。
著者衷心感謝沈保根院士和都有為院士能在百忙之中細(xì)讀本書,并為之作序,衷心感謝我的老師王玉明院士引導(dǎo)著者進(jìn)入流體密封這一充滿魅力的學(xué)術(shù)領(lǐng)域。他們的支持和鼓勵(lì)激勵(lì)著著者奮進(jìn)不息!
編寫此書只是著者個(gè)人出于一種責(zé)任驅(qū)使而做的工作,由于學(xué)識(shí)水平有限,磁性液體的學(xué)問博大精深,書中疏漏之處在所難免,望廣大讀者批評(píng)指正。
著者聯(lián)系方式:lidecai@tsinghua.edu.cn。如蒙指正,不勝感激。
李德才
2023 年7月于清華園
李德才,清華大學(xué)機(jī)械系長聘教授、博導(dǎo),特種密封湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任,中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)有限公司密封工程技術(shù)創(chuàng)新中心主任,中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)流體傳動(dòng)與控制分會(huì)密封專業(yè)委員會(huì)主任。曾獲全國模范教師榮譽(yù)稱號(hào)。
長期致力于我國各大領(lǐng)域重大裝備關(guān)鍵基礎(chǔ)零部件的研究開發(fā),獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、省部級(jí)科技一等獎(jiǎng)6項(xiàng);獲發(fā)明專利300余項(xiàng),其中多項(xiàng)在國內(nèi)外獲得金獎(jiǎng);出版專著5部、主編教材1部、發(fā)表論文近500篇。
導(dǎo)言神奇的磁性液體/1
第1章磁性液體的神秘面紗/5
磁性液體的真身/5
磁性液體的家鄉(xiāng)19
第2章 磁性液體的基石/12
優(yōu)秀的穩(wěn)定性/12
卓越的磁場響應(yīng)性/16
第3章 神奇的魔力/23
無泄可擊的密封力/23
異于常人的懸浮力/40
微乎其微的阻尼力/59
堅(jiān)定不移的承載力/74
第4章多變的光效應(yīng)/78
改進(jìn)印刷防偽技術(shù)/81
磁性液體光纖傳感器/82
磁性液體光控開關(guān)/83
第5章高效的電信號(hào)變換站/85
微壓差信息轉(zhuǎn)電信號(hào)/88
水平信息轉(zhuǎn)電信號(hào)/91
體積信息轉(zhuǎn)電信號(hào)/94
傾角信息轉(zhuǎn)電信號(hào)/95
加速度信號(hào)轉(zhuǎn)電信號(hào)/97
位置信息轉(zhuǎn)電信號(hào)/100
第6章奇異的傳熱特性/102
磁性液體的磁熱效應(yīng)/102
磁性液體的熱磁對(duì)流/107
第7章 忠實(shí)的聲音護(hù)衛(wèi)/113
提高可承載的功率/116
改善低音音質(zhì)/117
減少頻譜污染/118
降低共振/119改善失真/121
第8章 藝術(shù)的點(diǎn)睛之筆/122
磁性液體藝術(shù)雕塑/123
磁性液體雕塑工具/125
磁性液體雕塑形態(tài)/126
參考文獻(xiàn)/133