一种以镓铟合金为连续相基载液的磁性液体及其制备方法与流程

本发明属于磁性材料的，具体涉及一种以镓铟合金为连续相基载液的磁性液体及其制备方法。

背景技术：

1、磁性液体是一种由纳米级磁性固体颗粒、表面改性剂及基载液复配分散形成的功能材料，既具备磁性固体颗粒的磁场响应特性，又保留了基载液的流体流动特性。凭借优异的磁控流变、动态密封、减摩润滑、辅助导热及电磁调控性能，被广泛应用于多个领域。

2、现阶段，国内外产业化应用的磁性液体多采用有机体系作为基载液，比如水基、煤油基、合成酯基、聚二醇基、碳氢溶剂基等。该类有机载液磁性液体制备工艺成熟、原料易得，在常温常压、低负载、工况稳定的常规使用环境中，能够保持良好的胶体分散稳定性，可满足通用工业场景的基础使用需求，因此得以大规模普及应用。其在高导热、高导电、极端温度及特殊电磁耦合场景中的应用受到限制。

3、为解决传统有机载液磁性液体的性能缺陷，行业内逐步开展液态合金载液磁性液体的研发与探索，采用低熔点液态合金替代传统有机载液。液态合金具有宽温域液态稳定、导热导电系数极高、饱和蒸气压极低、化学惰性强、力学稳定性优异等独特优势，是极端工况、高端装备用磁性功能材料的重点发展方向。然而，目前现有公开的合金载液磁性液体相关技术仍存在诸多尚未解决的技术缺陷，未能实现稳定的工程化与规模化应用。比如，固液界面相容性差，颗粒表面改性技术适配性不足等。

4、因此，本申请提出一种新型合金载液磁性液体技术方案，可在一定程度上改善现有合金载液磁性液体中固液界面相容性不足、颗粒分散稳定性较差等问题，满足航空航天、高端机电装备、极端环境作业设备等高端场景的长寿命、高可靠、复合化使用需求。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种以镓铟合金为连续相基载液的磁性液体的制备方法。

2、本发明的以镓铟合金为连续相基载液的磁性液体的制备方法，包括如下步骤：

3、s1、将一级磁性颗粒分散于极性溶剂中预处理后进行分离和干燥处理，得到预处理后的一级磁性颗粒；

4、s2、将所述预处理后的一级磁性颗粒分散于第一溶剂中，加入表面改性剂，在 ph为 2～12、温度为 10～100 ℃条件下反应 0.5～48 h，得到具有过渡润湿层的磁性颗粒；

5、s3、将所述具有过渡润湿层的磁性颗粒分散于第二溶剂中，加入阻隔层材料，在10～150 ℃条件下反应 0.5～72 h，得到具有抗氧化阻隔层的复合磁性颗粒；

6、s4、将所述具有抗氧化阻隔层的复合磁性颗粒分散于第三溶剂中，加入相容改性剂，在 10～150 ℃条件下反应 0.5～72 h，得到多级界面改性的磁性颗粒；

7、s5、将所述多级界面改性的磁性颗粒加入液态镓铟合金中，混合处理后得到以镓铟合金为连续相基载液的磁性液体。

8、可选的，步骤 s1 中，所述一级磁性颗粒包括fe3o4、γ-fe2o3、mnfe2o4、cofe2o4或nife2o4中的至少一种，所述一级磁性颗粒的粒径为 5～300 nm；所述极性溶剂选自水、乙醇、甲醇、异丙醇或丙酮中的至少一种。

9、可选的，步骤 s2 中，所述表面改性剂包括油酸、硬脂酸、柠檬酸、多巴胺、没食子酸、巯基乙酸、巯基丙酸、3-氨丙基三乙氧基硅烷、缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、苯基膦酸或十二烷基膦酸中的至少一种。所述表面改性剂通过配位、缩合、螯合、吸附或氢键作用中的至少一种方式固定于一级磁性颗粒表面。

10、可选的，步骤 s2 中，所述表面改性剂的加入量为预处理后的一级磁性颗粒质量的 0.5～20 %。

11、可选的，步骤 s3 中，所述阻隔层材料包括硅源材料、铝源材料、钛源材料、磷酸盐材料或聚合物材料中的至少一种；所述阻隔层材料的加入量为具有过渡润湿层的磁性颗粒质量的 1～50%。所述阻隔层材料在所述过渡润湿层外侧原位沉积、缩合、接枝或聚合，形成抗氧化阻隔层。

12、可选的，所述硅源材料包括正硅酸乙酯、硅酸钠或硅烷偶联剂中的至少一种；所述铝源材料包括异丙醇铝、硝酸铝或氯化铝中的至少一种；所述钛源材料包括钛酸四丁酯、钛酸异丙酯或四氯化钛中的至少一种；所述磷酸盐材料包括磷酸、磷酸盐或有机膦酸盐中的至少一种；所述聚合物材料包括聚多巴胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇或聚酰亚胺中的至少一种。

13、可选的，步骤 s4 中，所述相容改性剂包括聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、油酸、硬脂酸、月桂酸、十二烷基硫醇或含氟丙烯酸酯聚合物中的至少一种；所述相容改性剂的加入量为具有抗氧化阻隔层的复合磁性颗粒质量的 0.5～30 %。所述相容改性剂在所述抗氧化阻隔层外侧通过配位、接枝、吸附或聚合方式形成外层相容壳层。

14、可选的，步骤 s5 中，所述多级界面改性的磁性颗粒与液态镓铟合金的质量比为1：（3～99）；

15、和/或，步骤 s5 中，所述液态镓铟合金中镓和铟的质量比为（60～90）：（10～40）。

16、可选的，步骤 s5 中，所述混合处理包括加热处理、搅拌处理或超声处理中的至少一种；所述加热处理的温度为30～120 ℃。

17、本发明还提供了一种以镓铟合金为连续相基载液的磁性液体，采用上述的制备方法制得，所述磁性液体包括液态镓铟合金连续相以及分散于所述液态镓铟合金连续相中的多级界面改性的磁性颗粒。

18、本发明的以镓铟合金为连续相基载液的磁性液体的制备方法带来的优点和技术效果：

19、（1）本发明以液态镓铟合金作为连续相基载液，制得的磁性液体兼具液态金属连续相特征和磁响应特征，可在保持流动性的同时表现出磁场响应能力；

20、（2）本发明通过在一级磁性颗粒表面依次构建过渡润湿层、抗氧化阻隔层和外层相容壳层，提高了磁性颗粒与液态镓铟合金之间的界面适配性，有利于改善磁性颗粒在液态镓铟合金中的分散状态；

21、（3）本发明通过加热、搅拌或超声等混合处理，使多级界面改性的磁性颗粒分散于液态镓铟合金连续相中，降低颗粒直接团聚的概率，提高所得磁性液体的宏观稳定性；

22、（4）与未进行表面改性、未构建抗氧化阻隔层或未进行相容改性的对比例相比，本发明实施例所得样品更不易出现颗粒团聚、沉降或分散状态下降，并能够保持较好的磁响应特征。

1.一种以镓铟合金为连续相基载液的磁性液体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤 s1 中，所述一级磁性颗粒包括fe3o4、γ-fe2o3、mnfe2o4、cofe2o4或 nife2o4中的至少一种，所述一级磁性颗粒的粒径为 5～300 nm；所述极性溶剂选自水、乙醇、甲醇、异丙醇或丙酮中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤 s2 中，所述表面改性剂包括油酸、硬脂酸、柠檬酸、多巴胺、没食子酸、巯基乙酸、巯基丙酸、3-氨丙基三乙氧基硅烷、缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、苯基膦酸或十二烷基膦酸中的至少一种。

4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，步骤 s2 中，所述表面改性剂的加入量为预处理后的一级磁性颗粒质量的 0.5～20 %。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤 s3 中，所述阻隔层材料包括硅源材料、铝源材料、钛源材料、磷酸盐材料或聚合物材料中的至少一种；所述阻隔层材料的加入量为具有过渡润湿层的磁性颗粒质量的 1～50%。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述硅源材料包括正硅酸乙酯、硅酸钠或硅烷偶联剂中的至少一种；所述铝源材料包括异丙醇铝、硝酸铝或氯化铝中的至少一种；所述钛源材料包括钛酸四丁酯、钛酸异丙酯或四氯化钛中的至少一种；所述磷酸盐材料包括磷酸、磷酸盐或有机膦酸盐中的至少一种；所述聚合物材料包括聚多巴胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇或聚酰亚胺中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤 s4 中，所述相容改性剂包括聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、油酸、硬脂酸、月桂酸、十二烷基硫醇或含氟丙烯酸酯聚合物中的至少一种；所述相容改性剂的加入量为具有抗氧化阻隔层的复合磁性颗粒质量的 0.5～30 %。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤 s5 中，所述多级界面改性的磁性颗粒与液态镓铟合金的质量比为 1：（3～99）；

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤 s5 中，所述混合处理包括加热处理、搅拌处理或超声处理中的至少一种；所述加热处理的温度为30～120 ℃。

10.一种以镓铟合金为连续相基载液的磁性液体，其特征在于，采用权利要求1～9任一项所述的制备方法制得，所述磁性液体包括液态镓铟合金连续相以及分散于所述液态镓铟合金连续相中的多级界面改性的磁性颗粒。