纳米磁液实验报告.doc

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harbininstituteoftechnology

纳米技术实验报告

课程名称：

纳米技术院系：

航天学院微电子科学与技术系班级：

21系设计者：

王立刚学号：

14s121034指导教师：

哈尔滨工业大学

实验二：

接触角测量实验

一、实验目的

1、在研究纳米材料时，表面润湿特性是纳米材料的重要性质，通过本实验了解润湿接触角概念和测量原理；

2、采用高倍显微镜观测实验材料（316不锈钢，吊兰叶片，氮化硼纳米管膜）的表面微观结构；

3、掌握用接触角测量仪测量纳米材料的接触角。

二、实验仪器、样品

jc2000c1

接触角测量仪，包括接触角测量仪主机平台，蠕动加样泵，ccd摄像头等几部分。

计算机ccd及数据处理软件，烧杯，超纯水，移液器，316不锈钢片，吊兰叶片，氮化硼纳米管膜。

三、实验原理

所谓接触角是指在固体材料水平表面上滴一液滴，形成的固、液、气三相交界点处，气—液界面和固—液界面两切线把液相夹在其中时所成的角θ（contactangle），如图1所示。

图1接触角

润湿（wetting）的热力学定义是，若固体与液体接触后体系（固体和液体）的自由能g降低，称为润湿。

接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度，θ在0~180°之间，θ＝90°可作为润湿与不润湿的界限，当θ<90°时为可润湿，材料是亲水性的；当θ>90°时为不润湿，材料是疏水性的。

本实验使用液滴量角法，拟合分析法。

量角法是将固体表面上的液滴投影到屏幕上，然后直接测量切线与相界面的夹角，即直接测量接触角的大小。

拟合分析法是选中液滴两侧的底部，两侧的中部，和顶部五个点拟合出液滴的形貌，然后进行接触角的测量。

本实验使用的样品有三种材料，316不锈钢，吊兰叶片，氮化硼纳米管膜。

316不锈钢具有标准的不锈钢润湿特性，呈亲水性；吊兰叶片为自然界中具有特殊表面润湿效应的生物体；氮化硼纳米管膜为仿生疏水膜。

四、实验步骤

1、接触角测量

将实验样品摆在测试台上，转动蠕动泵旋钮在样品表面加一滴水样，开机运行jc2000-usb.exe，进入接触角测量界面，按“冻结图像”后，“保存图片”。

分别测：

3个实验样品的接触角。

2、实验处理

按“量角法”，进入量角法主界面，按“开始”，选中需要计算的图形文件。

先定量角器的精度，然后，测量尺通过向上、下、左、右及旋转，至测量尺与液滴边缘相切，再下移测量尺到液滴顶端，再将旋转测量尺，使其与液滴左端相交，即得到接触角的数值。

也可以使测量尺与液滴右端相交，此时用180°减去测量值即为接触角。

五、实验结果

1、316不锈钢片

图2316不锈钢片上水滴形貌

图3量角法测量玻璃接触角

图45点拟合分析法测量玻璃接触角

量角法：

94.5°

5点拟合分析法：

96°

由此可见玻璃表面为疏水表面。

2、芦荟叶片

图5吊兰叶片上水滴形貌

图6量角法测量吊兰叶片接触角

图75点拟合分析法测量吊兰叶片接触角篇三：

纳米磁性液体1

纳米磁性液体

秦飞

（大连大学机械工程学院机英091）

摘要：

纳米磁性液体是纳米铁磁性微粒在表面活性剂的包覆下,稳定地分散在载液中而形成的一种胶体体系,同时具有磁性和流动性,因此具有许多独特的磁学、流动力学,光学和声学特性,在工业领域得到广泛的应用。

文章概述了纳米磁性液体的组成、特性、应用以及当前研究进展和应用前景。

关键词：

纳米磁性液体特性发展应用

一、纳米磁性液体简介

纳米磁性液体是纳米铁磁性微粒在表面活性剂的包覆下,稳定地分散在液体中而形成的一种胶体体系,同时既具有固体磁性材料的磁性,又有液体的流动性。

因此具有许多独特的磁学,流动力学,光学和声学特性。

即使处在重力,离心力,磁力作用下也不会分离。

磁性液体中的纳米级磁性颗粒比单畴临界尺寸还要小,因此它能自发达到饱和。

同时由于粒子内部的磁矩在热运动的影响下任意取向,粒子呈超顺磁状态,因此磁性液体也呈超顺磁状态。

一旦有外磁场的作用,分子磁矩立刻定向排列,对外显示磁性。

经测定,磁性液体在外磁场的作用下,它的“比重”会随外磁场的变化而变化。

变化幅度可以从每立方厘米不足1g到大于20g。

20世纪60年代,美国首先把磁性液体材料用于宇航服密封材料,随后日本也对磁性液体的特殊性能进行广泛的探索和研究,并把它用于科学试验和工业装置中。

目前,日、俄、美、西欧诸国均可大量生产性能稳定的磁性液体。

我国起步较晚,但先后已有20余家单位从事磁性液体的研制和开发应用,与国外相比存在一定差距。

二、纳米磁性液体由来

纳米磁性液体是1965年美国宇航局为解决太空人宇航服头盔转动密封问题由s.s.pappel研究成功的。

纳米磁性液体是一种新型的复合材料也是一种新型的功能材料,它具有独特的性质,开拓了新的应用领域,许多过去无法解决的问题,由于纳米磁性液体的出现便迎刃而解,因此在航空航天、化工环保、仪器仪表、医疗卫生、印刷制造、等领域获得了广泛应用。

磁性液体的发展按纳米级被利用的时间顺序及特性可以分成三个阶段。

60年代初,第一代铁磁性液体问世。

80年代第二代金属性磁性液体出现。

进入90年代日本研制出第三代氮化铁磁性液体。

第一代铁氧体磁性液体问世解决了纳米磁性液体材料的有无问题,第二代金属磁性液体的出现把磁性能提的更高,第三代氮化铁磁性液体既具有良好的抗腐蚀性能具有较高的磁性能。

三、纳米磁性液体应用

1.纳米磁性液体在航空航天潜艇中的应用

1965年美国宇航局（nasa）的papell着手于宇宙空间用的宇航服可动部位的密封和火箭用的液体燃料在失重情况下如何从燃料罐往发动机内输运的研究,发明了磁性液体,并取得了专利。

另外还有火箭和飞行器用的加速计也都运用了磁性液体。

螺旋桨是潜艇噪声中最主要的噪声源。

各国潜艇设计者千方百计改变螺旋桨的结构设计,来延缓和控制螺旋桨在高速推进时产生的空化噪声,

但收效甚微。

美苏两国在60年代就着手磁性液体推进器的研究工作。

美国在70年代末研究出大功率磁性液体推进器,并安装在能供给大电流的攻击型潜艇上,就此美国宣称在潜艇推进器及潜艇的隐蔽性方面具有优势。

原苏联大约在80年代初将研制的磁性液体推进器安装在div级核潜艇上。

另外,用磁性液体和光滑的弹性胶层组成仿生的降阻降噪覆盖层包覆在潜艇表面,可使边界层中流体内的扰动衰减,它能延缓和抑制湍流的产生,使潜艇周围的海水保持层流运动。

当舰尾安装磁性液体推进器,整个舰表面覆盖仿生阻尼器时,在舰首部位分开的海水则在舰尾部会合,使整个舰的边界层厚度可达1m,它能大大降低推进阻力,且使水动力噪声大为减弱,使潜艇航达到超安静级水平。

2.纳米磁性液体在光学领域中的应用

当外加磁场的大小超过某个临界值时,磁流体中磁性颗粒会发生团簇,进而磁流体的折射率会发生变化。

且变化的大小和外加磁场的大小有关,据此可以利用磁流体来制作可调谐光子器件。

陈险峰等2005年已制成了可调谐磁流体光栅和可调谐磁流体调制器。

目前,一些研究者已经利用磁流体在实验室制作出了一些光子器件,例如:

光开关、光调制器、粗波分复用器等,但性能还有待提高和完善,如响应时间等。

3.纳米磁性液体在生物医学领域中的应用

近年来纳米磁性液体在生物医学领域中的应用受到人们广泛的关注,它们包括磁性液体细胞内热疗、磁靶向给药系统、磁性粒子-单克隆抗体核磁共振显像对比剂、生物磁分离等。

张东生等在“磁流体在肿瘤学治疗领域的应用进展”一文中主要介绍了磁性载药微球的磁靶向给药、磁流体局部热疗和磁控血管内磁性微球栓剂的研究进展。

许剑等较为详细地介绍了德国、日本等国家几个著名的磁靶向药物传输系统研究小组的研究工作进展。

秦润华等则对高分子磁性微球在磁分离、磁靶向药物、固定化酶、免疫分析和生物合成等生物医学领域的应用进行了综述。

赵强等则从纳米材料的制备、检测和应用等角度对纳米磁性颗粒在磁靶向药物、基因治疗等方面的研究进展进行了综述。

4.纳米磁性液体在工业的应用

（1）密封技术

利用磁性液体既是流体又是磁性材料的特点,可以把它吸附在永久磁铁或电磁铁的缝隙中,使两个相对运动的物体得到密封。

利用多级密封就能达到很高的耐压或真空度,真空度可达到10-8torr（1toor=133.322pa）。

这种密封的润滑性很好,适用于高速旋转部件的密封,而且发热少、寿命长、维护简便。

（2）润滑技术

通常润滑剂易损耗、易污染环境。

磁性液体中的磁性颗粒尺寸仅为10单位,因此,不会损坏轴承,而基液亦可用润滑油,只要采用合适的磁场就可以将磁性润滑油约束在所需的部位。

5.纳米磁性液体在环境保护中的应用

20多年来国内外对高梯度磁分离技术的研究已取得水、燃煤脱硫等方面,与传统分离技术相比,它具有巨大的优越性,能解决过去难于想象的事。

比如微细颗粒、弱磁性甚至非磁性颗粒的分离。

由于以羟类作分散剂的磁流体可与油而不与水混合,在磁流体中加入油水混合液时,其中油被磁流体吸附并停留在磁场区。

因此可利用磁流体进行油水分离。

大型油轮失事造成海面严重污染的事故时有发生,利用此原理可以回收泄露在海面上的油及乳胶。

四、纳米磁性液体发展趋势

与此同时,一些公司也加快了新的利用纳米磁性液体的设备和产品的开发。

美国设计的一种纳米磁性液体洗衣机,机器内的磁性调节器能有效减少洗衣时的噪音和震动,而且可以节省电力。

同时,在汽车安全带和安全气囊中加入纳米磁性液体,由于纳米磁性液体能快速灵活地吸收巨大力量,汽车制造商可以根据乘客的体形和体重用纳米磁性液体准确调整安全带的拉力。

此外,纳米磁性液体还在许多领域有着广泛的应用前景,如无声快速的磁印刷、磁性液体发电机、声纳系统、磁性药物、细胞磁性分离、磁性液体人工发热器、磁性液体涡轮发电、磁性液体刹车、热传导、医疗中的造影剂、磁性液体变频器、植物增长剂等等,今后还可开拓出更多的用途。

五、结语

纳米磁性液体是一种新型的多功能材料,自从其问世以来就立即成为人们研究的热点,并取得了一系列的成果。

但目前所做的大部分工作都是经验性的,缺乏理论的指导,如纳米磁性微粒的获得、表面活性剂的选择、各组成成分对纳米磁性液体性能的影响、磁性液体各种现象与性能的微观机理、磁性液体的生物相容性等方面的理论研究还有待深入。

如何制备出饱和磁化强度更高、物理和化学稳定性更好或可在特定环境下工作的磁性液体,开拓磁性液体的应用领域,应是磁性液体研究及其进一步产业化所要解决的重点。

同时,需要加大宣传力度,扩大研究人员的队伍,尽快使纳米磁性液体技术在我国得到广泛应用。

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