铁磁流体(ferromagnetic  fluid)

磁流体分选使用的分选介质。它是将亚畴铁磁性微细粉末分散于液相中而制得的一种极稳定的固液两相流体。它既有固态磁性材料的主要磁性能又具有液体的性质。

制作方法   以铁氧体微细粒作分散质的铁磁流体制造方法有粉碎法、解胶法、吸附分散法和水解分散法等。20世纪60年代的铁磁流体是将铁磁性粉末分散于饱和烃、煤油等非极性溶媒中而制得。80年代，根据不同用途的需要已制成以水、酯类、醚类、氟碳化合物等溶媒作基液的铁磁流体。用这些方法制备的铁磁流体，由于分散质本身的饱和磁化强度较小，其饱和磁化强度局限在16～40kA/m左右。为提高铁磁流体的磁性并满足某些特殊要求，80年代末研制出以磁性更好的铁磁性金属微细粒作分散质的铁磁流体。例如，把铁、钴、镍及其合金微细粒分散于有机溶媒中制取的铁磁流体，其最高磁化强度可达120kA/m。若把液态汞或钾作溶媒可制得导热、导电性能良好的铁磁流体。其制备方法有：真空蒸发法、电火花腐蚀法、热分解法、紫外线分解法、等离子化学气相沉积法和电解沉积法等。

主要物理性能   作为分选介质的铁磁流体应具有良好的稳定性、磁性和较低的粘度。表中列出了各种铁磁流体的主要物理性能数据。

稳定性    铁磁流体中的分散质颗粒在磁场、重力场和离心力场中受到磁吸引力、重力、离心力及范德华力的作用。当吸附有表面活性剂分子的粒子相互靠近时所产生的基于熵效应的斥力能够克服上述引力影响时，铁磁流体就可保持稳定，否则就会发生团聚、沉降和浓度偏析。分散质粒度愈小，粒子间距离愈大，动力稳定性愈好；但粒度愈小，比表面积愈大，表面能愈高，自发聚结的趋势就愈大。为提高分散质的聚结稳定性，需要加入表面活性剂。1965年美国学者罗森斯威格(R.E.Rosensweig)指出，用长烃链分子来罩盖铁磁性颗粒，胶体的稳定性可以显著提高。这是由于吸附分子的空间位阻作用导致熵排斥，使稳定性增加。因此，铁磁流体常常是由铁磁性微细粒、基液及表面活性剂三者构成。对于液态金属溶媒中的铁磁性粒子，不能用高聚物或长链分子表面活性剂来防止团聚，还需采取其他措施才能使其稳定。

磁性    铁磁流体中的铁磁性微粒尺寸通常均小于单畴临界尺寸，高于一定温度时，微细粒的磁矩在热运动的影响下将会任意取向，从而使得粒子的行为在宏观上类似于顺磁性分子，这种现象叫做超顺磁性。超顺磁性粒子的特征为单个粒子具有很大磁矩，磁化强度随磁化场强度的增加而增加，但在高磁场下也难以达到饱和状态；磁化曲线无剩磁，无矫顽力，能引出一条以原点对称的S型曲线。超顺磁性粒子集团如果处于非常稳定的分散状态，并可以忽略粒子之间的相互作用时，它的磁化曲线可由朗之万(Langevin)顺磁性理论来描述。铁磁流体的磁化曲线如图所示。日本下饭坂润三提出，在一定磁场作用下，单位质量铁磁流体的磁化强度是所有分散粒子磁化强度的总和，即

式中σ和σ_s分别为铁磁流体和分散粒子的比磁化强度，ρ、ρ₁和ρ₂分别为铁磁流体、溶媒及分散粒子的密度。

黏性    铁磁流体是一种悬浮液，其溶媒主要是水或油等牛顿流体。但由于用高分子化合物作表面活性剂以及磁场作用下粒子的行为对其流体的影响，铁磁流体的流变性是非常复杂的。在无磁场作用下，稀薄铁磁流体的粘度可用爱因斯坦公式表示：

式中η_s为铁磁流体的黏度，η₀为溶媒黏度，φ为分散质的体积分数。为提高其磁性能一般都要增加分散质的含量，当然也就伴随着黏度增大。罗森斯威格认为当考虑吸附层时，对于大约20％体积浓度的铁磁流体，可用布鲁恩(Bruyn)公式表示：

式中a=-5/2，b=(5/2φ_c-1)/群，虫为分散质最浓时的体积分数(0.74)，φ_c=ε(1+δ/r)³，ε为粒子的体积分数，r为粒子半径，δ为吸附层厚度。如上所述，通常的稀薄铁磁流体显示牛顿流动特性而浓度较高时显示非牛顿流动特性。麦克塔格(J.P.Mctague)利用毛细管黏度计在均匀磁场中测定了甲苯中吸附有聚合物的钴粒子稀悬浮液的粘度。磁场平行和垂直于流动方向时，黏度都随磁场的增大而增加，与流动方向平行时黏度增量大约是垂直时的两倍。场强增大有可能导致团块增大，从而加大黏度。