铁氧体纳米磁性液体.pdf

摘要
申请专利号：	CN02112663.1	申请日：	2002.02.09
公开号：	CN1365124A	公开日：	2002.08.21
当前法律状态：	撤回	有效性：	无权
法律详情：	发明专利申请公布后的视为撤回\|\|\|公开\|\|\|实质审查的生效
IPC分类号：	H01F1/44	主分类号：	H01F1/44
申请人：	马鞍山金科粉体工程有限公司;
发明人：	刘辉; 钟伟; 都有为
地址：	243011安徽省马鞍山市花雨路科技馆
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内容摘要

一种铁氧体纳米微粒磁性液体,由铁氧体纳米微粒、包覆在铁氧体纳米微粒表面合适的复合型表面活性剂以及适当的基液组成。此磁性液体由下述方法制成:首先制备出粒径分布均匀;平均粒径10nm左右的铁氧体纳米微粒,然后在微粒表面包覆合适的复合型表面活性剂,将包覆好的微粒经蒸馏水、丙酮反复清洗后,加入到所选定的基液中经充分搅拌、分散、加热等处理,形成稳定的磁性液体,在重力场、磁场、电场中能长期稳定存在;不沉淀,不分层。磁性液体的粘度50－10000厘泊,饱和磁化强度100～500高斯,可任意调节。本发明提供的磁性液体具有高稳定性、低挥发性,可用于真空密封、高品质扬声器、振动阻尼、封气、封水、封尘等实际应用领域。

权利要求书

1、一种铁氧体纳米磁性液体，其特征在于：
A、此磁性液体由铁氧体纳米微粒、包覆在铁氧体纳米微粒表面合适的复
合型表面活性剂以及适当的基液组成；
B、此磁性液体由下述方法制成：首先制备出粒径分布均匀；平均粒径10nm
左右的铁氧体纳米微粒，然后在微粒表面包覆合适的复合型表面活性剂，将
包覆好的微粒经蒸馏水、丙酮反复清洗后，加入到所选定的基液中经充分搅
拌、分散、加热等处理，形成稳定的磁性液体，在重力场、磁场、电场中能
长期稳定存在；不沉淀，不分层。磁性液体的粘度50-10000厘泊，饱和磁化
强度100～500高斯，可任意调节。
2、一种如权利要求1所述的铁氧体纳米磁性液体，其特征在于：所述的
铁氧体纳米微粒采用化学共沉淀法制备，粒径分布均匀；平均粒径10nm左右。
以氯化亚铁(或硫酸亚铁)，三氯化铁为原料，也可加入可溶性锌盐、锰盐、
钴盐等，氨水或氢氧化钠为沉淀剂，反应温度60-95℃，反应时间1～60分钟。
3、一种如权利要求1所述的铁氧体纳米磁性液体，其特征在于：所述的
复合型表面活性剂，水基为C_nH_2nO₂或C_nH_2n-2O₂(n≥18)和直链十二烷基苯
磺酸钠，烃基为C_nH_2nO₂或C_nH_2n-2O₂(n≥18)和(RO)₂POOH(R为C6～C10烷
基分子)，双酯基为(RO)₂POOH(R为C6～C10烷基分子)和
[RO(C₂H₄O)_nPO(OH)_3-m](R为C₄～C₁₄正烷基分子，n取2～12，m为1或2)，
表面活性剂与磁性微粒的质量比为1∶10～1∶2，包覆反应的反应温度为60～90
℃，反应时间5～120分钟，PH值在10～12之间。
4、一种如权利要求1所述的铁氧体纳米磁性液体，其特征在于：所选基
液可为蒸馏水、带有长链的烃类溶剂(可为混合物)或双酯类试剂C₆H₄(COOR)₂
(R为C₇～C₁₀烷基分子)，苯环和羧基之间也可插入CH₂、CH₂CH₂，双酯可
以是邻位，也可以是间位。
5、一种如权利要求1所述的铁氧体纳米磁性液体，其特征在于：所述的
最佳复合型表面活性剂，双酯基为(RO)₂POOH(R为C8～C10烷基分子)和
[RO(C₂H₄O)_nPO(OH)_3-m](R为C₈～C₁₀正烷基分子，n取6～8，m为1或2)，反
应的最佳反应温度为80～90℃，反应时间15～25分钟，PH值在10～12之间。

说明书

铁氧体纳米磁性液体

本发明涉及磁性液体，特别涉及铁氧体纳米磁性液体。

磁性液体是将纳米级磁性微粒均匀分散于基液之中而构成的稳定的胶体
体系，是一类新型纳米功能磁性材料。它是由磁性微粒、基液以及稳定剂三
部分组成。磁性微粒可以是铁、镍等铁磁性金属微粒，也可以是铁氧体类磁
性微粒。磁性液体因为其中的磁性微粒足够小，以致其在基液中呈现紊乱的布
朗运动，在重力和电、磁场的作用下均不会产生沉淀与凝聚，磁性微粒和基
液浑成一体，因而磁性液体具有磁性与流动性两者合一的独特性质。由于磁
性液体所具有的独特性能，日益受到人们的广泛关注。但几乎所有公开发表
的文献中，都着重于研究磁性液体的性能，或报道其在某一领域的具体应用
情况，而关于磁性液体的制备过程，尤其是工艺简便易行，成本低廉，所制
备磁性液体性能稳定的制备过程却极少涉及。

中国专利CN1144967“金属磁性液体的制造方法及装置”提供了一种制备
金属磁性液体的方法，但其设备工艺较复杂，产量难以提高，成本仍较高，
难以推广使用。同时由于铁纳米微粒极易氧化，金属磁性液体目前实际应用
的极少。

本发明在于提供一种制备方法简便，产品性能优良的铁氧体纳米磁性液
体，产品涉及水基、烃基、双酯基磁性液体，可以分别满足真空密封、高保
真扬声器、振动阻尼、封水、封气、磁区观测、磁性分离等应用的需要。

本发明所提供的铁氧体纳米磁性液体主要由铁氧体纳米微粒、复合型表面
活性剂以及适当的基液组成。其具体制备过程如下：首先制备出粒径分布均
匀；平均粒径10nm左右的铁氧体纳米微粒，然后在微粒表面包覆合适的复合
型表面活性剂，将包覆好的微粒经蒸馏水、丙酮反复清洗后，加入到所选定
的基液中经充分搅拌、分散、加热等处理，形成稳定的磁性液体，在重力场、
磁场、电场中能长期稳定存在；不沉淀，不分层。磁性液体的粘度50-10000
厘泊，饱和磁化强度100～500高斯，可任意调节。

以上所述的铁氧体纳米微粒的制备采用化学共沉淀法，粒径分布均匀；平
均粒径10nm左右。以氯化亚铁(或硫酸亚铁)，三氯化铁为原料，也可加入
可溶性锌盐、锰盐、钴盐等，氨水或氢氧化钠为沉淀剂。

所用的复合型表面活性剂水基为C_nH_2nO₂或C_nH_2n-2O₂(n≥18)和直链十
二烷基苯磺酸钠，烃基为C_nH_2nO₂或C_nH_2n-2O₂(n≥18)和(RO)₂POOH(R为
C6～C10烷基分子)，双酯基为(RO)₂POOH(R为C6～C10烷基分子)和
[RO(C₂H₄O)_n]_mPO(OH)_3-m(R为C₄～C₁₄正烷基分子，n取2～12，m为1或2)。
表面活性剂与磁性微粒的质量比为1∶10～1∶2，包覆反应的反应温度为60～95
℃，反应时间15～100分钟，PH值在10～12之间。

所选基液可为蒸馏水、带有长链的烃类溶剂(可为混合物)或双酯类试剂
C₆H₄(COOR)₂，R为C₇～C₁₀烷基分子，苯环和羧基之间也可插入CH₂、CH₂CH₂，
双酯可以是邻位，也可以是间位。

本发明所提供的磁性液体，由于其磁性微粒为粒径10nm左右铁氧体纳米
微粒，较为稳定，因而其磁性液体性能非常稳定。

以下是本发明的实施例(实施例中所用试剂均为化学试剂)，所列举实施
例可以更具体地说明本发明，但本发明不因下述实施例而限制，可在上下文
内容相适应的范围内进行变更而实施，任何一种情况均包含在本发明的技术
范围内。

按适当的比例配制二价铁盐、三价铁盐及可溶性锌盐、锰盐、钴盐水溶液，
一定反应温度下加入沉淀剂至适当浓度，加入表面活性剂反应适当时间后，
加入盐酸至一定浓度(PH＝2～4)，经蒸馏水洗8次，丙酮洗2次，60℃干燥得
包覆好的微粒，将20g表面包覆的微粒加入到适量基液中，经分散、加热，
得性能稳定的磁性液体。

表一、实施例所用试剂及配比

   序
   号
  Fe³⁺∶Fe²⁺∶M²⁺

      试剂

  沉淀剂

    基液

    表面活性剂

    1

    1.8∶1

氯化亚铁、氯化铁

  NaOH

    蒸馏水

    35毫升
C₁₈H₃₄O₂、

C₁₂H₂₅C₆H₄SO₃Na

    2

    1.8∶0.8∶0.2

硫酸亚铁、氯化铁、

氯化锌

  NaOH

    蒸馏水

    40毫升
C₁₈H₃₆O₂、

C₁₂H₂₅C₆H₄SO₃Na

    3

    1.8∶0.8∶0.2

硫酸亚铁、氯化铁、

氯化锌

  NH₄OH

    蒸馏水

    30毫升
C₁₈H₃₄O₂、

C₁₅H₂₃O(C₂H₄O)₆H

    4

    1.8∶0.85∶0.15

硫酸亚铁、氯化铁、

氯化锌

  NaOH

    蒸馏水

    30毫升
C₁₈H₃₄O₂、

C₁₂H₂₅C₆H₄SO₃Na

    5

    1.8∶0.85∶0.15

硫酸亚铁、氯化铁、

氯化锌

  NH₄OH

  苯二甲酸二异庚酯

    15毫升
(C₆H₁₃O)₂POOH、

C₆H₁₃O(C₂H₄O)₃PO(OH)₂

    6

    1.8∶1

硫酸亚铁、氯化铁

  NH₄OH

  苯二甲酸二庚酯

    20毫升
(C₈H₁₇O)₂POOH、

[C₄H₉O(C₂H₄O)₅]₂PO(OH)₂

    7

    1.8∶0.8∶0.2

硫酸亚铁、氯化铁、

硝酸锰

  NaOH

  苯二甲酸二辛酯

    20毫升
(C₈H₁₇O)₂POOH、

[C₈H₁₇O(C₂H₄O)₆]₂POOH

    8

    1.8∶0.8∶0.2

氯化亚铁、氯化铁、

氯化锌

  NaOH

  邻苯二甲酸二异辛酯

    15毫升
(C₁₀H₂₁O)₂POOH、

C₁₀H₂₁O(C₂H₄O)₈PO(OH)₂

    9

    1.8∶0.85∶0.15

氯化亚铁、氯化铁、

氯化锌

  NaOH

邻苯二甲酸二异壬酯

    25毫升
(C₇H₁₅O)₂POOH、

C₉H₁₉O(C₂H₄O)₅PO(OH)₂

    10

    1.8∶0.85∶0.15

氯化亚铁、氯化铁、

氯化锌

  NH₄OH

  邻苯二甲酸二壬酯

    15毫升
(C₉H₁₉O)₂POOH、

[C₁₂H₂₅O(C₂H₄O)₉]₂POOH

    11

    1.8∶0.85∶0.15

氯化亚铁、氯化铁、

氯化锌

  NaOH

  邻苯二甲酸二癸酯

    25毫升
(C₈H₁₇O)₂POOH、

[C₁₀H₂₁O(C₂H₄O)₇]₂POOH

    12

    1.8∶0.85∶0.15

氯化亚铁、氯化铁、

氯化锌

  NH₄OH

  邻苯二甲酸二异癸酯

    20毫升
(C₉H₁₉O)₂POOH、

C₁₁H₂₃O(C₂H₄O)₁₂PO(OH)₂

    13

    1.8∶1

硫酸亚铁、氯化铁

  NaOH

    煤油

    30毫升
C₁₈H₃₄O₂

(C₆H₁₃O)₂POOH

    14

    1.8∶0.8∶0.1∶0.1

氯化亚铁、氯化铁、氯

化锌、硝酸锰

  NH₄OH

    260号溶剂油

    35毫升
C₁₉H₃₆O₂

(C₈H₁₇O)₂POOH

    15

    1.8∶0.8∶0.1∶0.1

硫酸亚铁、氯化铁、氯

化锌、硝酸锰

  NaOH

    聚α-烯烃

    40ml
C₁₈H₃₄O₂

(C₁₀H₂₁O)₂POOH

    16

    1.8∶0.8∶0.1∶0.1

氯化亚铁、氯化铁、氯

化锌、硝酸锰

  NaOH

    十六烷

    35ml
C₁₈H₃₆O₂

(C₇H₁₅O)₂POOH

    17

    1.8∶0.85∶0.15

硫酸亚铁、氯化铁、氯

化锌

  NH₄OH

    液体石蜡

    20ml
C₂₀H₄₀O₂

(C₈H₁₇O)₂POOH

    18

    1.8∶0.8∶0.2

硫酸亚铁、氯化铁、氯

化锌、硝酸锰

  NaOH

    二十烷萘

    40ml
C₁₈H₃₄O₂

(C₉H₁₈O)₂POOH

注：Fe³⁺∶Fe²⁺∶M²⁺是所用金属盐原子比，M为锌、锰、钴等金属离子，可
为一种或几种。

表二、实施例反应条件

序

号

  反应温
    度

    ℃
   反应浓度

  (加沉淀剂)

  反应时
    间

   分钟
酸洗浓度

  (加HCl)

       磁性液体性能

  Ms

  η

Vp

  1
    60
    PH＝12
    90
    PH＝4
  165
  150
  -
  2
    85
    PH＝12
    15
    PH＝3
  149
  150
  -
  3
    80
    PH＝11
    30
    PH＝2
  185
  200
  4
    80
    PH＝12
    30
    PH＝2
  170
  200
  5
    75
    PH＝11
    60
    PH＝2
  407
  7000
  1.0
  6
    85
    PH＝12
    35
    PH＝2
  434
  3550
  1.2
  7
    80
    PH＝12
    35
    PH＝3
  445
  3350
  1.4
  8
    85
    PH＝10
    25
    PH＝3
  460
  6870
  1.3
  9
    90
    PH＝12
    20
    PH＝4
  335
  3148
  3.0
  10
    80
    PH＝12
    30
    PH＝3
  380
  4660
  -
  11
    80
    PH＝12
    30
    PH＝2
  330
  3750
  -
  12
    80
    PH＝12
    40
    PH＝3
  300
  3200
  -
  13
    85
    PH＝11
    25
    PH＝2
  250
  403
  -
  14
    75
    PH＝12
    75
    PH＝4
  300
  320
  15
    70
    PH＝11
    50
    PH＝3
  350
  304
  16
    85
    PH＝12
    25
    PH＝3
  250
  450
  17
    85
    PH＝12
    20
    PH＝3
  250
  280
  18
    80
    PH＝12
    25
    PH＝2
  250
  250

Ms：饱和磁化强度，高斯

η：25℃时粘度，厘泊

Vp：25℃饱和蒸汽压，10^-6Pa

因为晶体生成和长大的原因，反应的最佳条件为反应温度为80～90℃，反
应时间15～25分钟。对于双酯基其最佳复合型表面活性剂为(RO)₂POOH(R为
C8～C10烷基分子)和[RO(C₂H₄O)_nPO(OH)_3-m](R为C₈～C₁₀正烷基分子，n取
6～8，m为1或2)，所制备磁性液体稳定性最好。