魔性的磁流體了解一下

像液體一樣的磁鐵竟然可以被輕鬆自如的控制。

在我們日常生活中經常會用到各種形式的磁鐵，而帶有磁性的液體很多人肯定沒有見過了。

當磁鐵靠近時，磁流體會沿著看不見的磁感線方向均與分散開來，呈現出一個個尖峰造型，有點像榴槤的尖，看起來有點令人毛骨悚然。

若是放在玻璃瓶裡就變得很好玩，磁流體的形狀會隨著水平磁場，或垂直磁場的改變而不斷改變，像跟屁蟲一樣，不管磁鐵往哪裡轉，它都始終緊緊跟隨。

二、概念

磁流體：又稱磁性液體、鐵磁流體或磁液，是一種新型的功能材料，它既具有液體的流動性又具有固體磁性材料的磁性。是由直徑為納米量級（10納米以下）的磁性固體顆粒、基載液（也叫媒體）以及界面活性劑三者混合而成的一種穩定的膠狀液體。該流體在靜態時無磁性吸引力，當外加磁場作用時，才表現出磁性，正因如此，它才在實際中有著廣泛的應用，在理論上具有很高的學術價值。用納米金屬及合金粉末生產的磁流體性能優異，可廣泛應用於各種苛刻條件的磁性流體密封、減震、醫療器械、聲音調節、光顯示、磁流體選礦等領域。

三、歷史

1832年法拉第首次提出有關磁流體力學問題。他根據海水切割地球磁場產生電動勢的想法，測量泰晤士河兩岸間的電位差，希望測出流速，但因河水電阻大、地球磁場弱和測量技術差，未達到目的。1937年哈特曼根據法拉第的想法，對水銀在磁場中的流動進行了定量實驗，並成功地提出粘性不可壓縮磁流體力學流動(即哈特曼流動)的理論計算方法。

1940～1948年阿爾文提出帶電單粒子在磁場中運動軌道的「引導中心」理論、磁凍結定理、磁流體動力學波(即阿爾文波)和太陽黑子理論，1949年他在《宇宙動力學》一書中集中討論了他的主要工作，推動了磁流體力學的發展。1950年倫德奎斯特首次探討了利用磁場來保存等離子體的所謂磁約束問題，即磁流體靜力學問題。受控熱核反應中的磁約束，就是利用這個原理來約束溫度高達一億度量級的等離子體。

然而，磁約束不易穩定，所以研究磁流體力學穩定性成為極重要的問題。1951年，倫德奎斯特給出一個穩定性判據，這個課題的研究至今仍很活躍。

四、製備

磁流體製備方法主要有研磨法，解膠法，熱分解法，放電法等。

（1）碾磨法。即把磁性材料和活性劑、載液一起碾磨成極細的顆粒，然後用離心法或磁分離法將大顆粒分離出來，從而得到所需的磁流體。這種方法是最直接的方法，但很難得到300nm以下直徑的磁流體顆粒。

（2）解膠法。是鐵鹽或亞鐵鹽在化學作用下產生Fe3O4或γ-Fe2O3，然後加分散劑和載體，並加以攪拌，使其磁性顆粒吸附其中，最後加熱後將膠體和溶液分開，得到磁流體。這種方法可得到較小顆粒的磁流體，且成本不高，但只使用於非水系載體的磁流體的製作。

（3）熱分解法。是將磁性材料的原料溶入有機溶劑，然後加熱分解出遊離金屬，再在溶液中加入分散劑後分離，溶入載體就得到磁流體。

（4）蒸著法。是在真空條件下把高純度的磁性材料加熱蒸發，蒸發出來的微粒遇到由分散劑和載體組成的地下液膜後凝固，當下地液膜和磁性微粒運動到下地液中，混合均勻就得到磁流體。這種方法得到的磁流體微粒很細，一般在2-10nm的粒子居多。

（5）放電法。其原理與電火花加工相仿，是在裝滿工作液（經常與載體相同）的容器中將磁性材料粗大顆粒放在2個電極之間，然後加上脈衝電壓進行電火花放電腐蝕，在工作液中凝固成微小顆粒，把大顆粒濾去後加分散劑即可得到磁流體。

五、應用

磁流體力學主要應用有天體物理、受控熱核反應和工業。

1. 宇宙中恆星和星際氣體都是等離子體，而且有磁場，故磁流體力學首先在天體物理、太陽物理和地球物理中得到發展和應用。當前，關於太陽的研究課題有：太陽磁場的性質和起源，磁場對日冕、黑子、耀斑的影響。此外還有：星際空間無作用力場存在的可能性，太陽風與地球磁場相互作用產生的弓形激波，新星、超新星的爆發，地球磁場的起源，等等。

2. 磁流體力學在受控核反應方面的應用，有可能使人類從海水中的氘獲取巨大能源。對氘、氚混合氣來說，要求溫度達到5000萬到1億度，並對粒子密度和約束時間有較高的要求。而使用環形磁約束裝置在受控熱核反應的研究中顯出較好的適用性和優越性。

3. 磁流體力學除了與開發和利用核聚變能有關外，還與磁流體發電密切聯繫。磁流體發電的原理是用等離子體取代發電機轉子，省去轉動部件，這樣可以把普通火力發電站或核電站的效率提高15～20%，甚至更高，既可節省能源，又能減輕汙染。

4. 飛行器再入大氣層時，激波、空氣對飛行器的摩擦，使飛行器的表面空氣受熱而電離成為等離子體，因此利用磁場可以控制對飛行器的傳熱和阻力。但由於磁場裝置過重，這種設想尚未能實現。

5. 磁流體發電是一種新型的高效發電方式，其定義為當帶有磁流體的等離子體橫切穿過磁場時，按電磁感應定律，由磁力線切割產生電；在磁流體流經的通道上安裝電極和外部負荷連接時，則可發電。

6. 磁流體密封裝置是由不導磁座、軸承、磁極、永久磁鐵、導磁軸、磁流體組成，在磁場的作用下，使磁流體充滿環形空間，建立起一系列「O型密封圈」，從而達到密封的效果。