一种具有导电功能的钾钠合金基磁性液体的制备方法与流程

本发明涉及一种钾钠合金基磁性液体及其制备方法，属于功能材料的领域。

背景技术：

在很多场合，如各种交直流发电机、同步电动机、电瓶直流电动机、吊车电机集电环、各型电焊机等等，通常需要使用金属电刷或碳刷作为与运动件作滑动接触而形成电连接的一种导电部件。随着科学技术的发展，电机的种类和使用的工况条件越来越多样化，使得传统的固体电刷在高速下摩擦发热、磨损严重，导致电刷更换频繁、寿命较短。我们设想如果能采用液体金属电刷应能很好的解决高速导致的摩擦和发热问题，如钾钠合金、镓铟合金、水银等。然而问题是金属液体虽具有良好的导电性，但同时其流动性不利于控制。磁性液体是一种新型的纳米功能材料，由于其同时具有固体的磁性和液体的流动性而具有许多独特的性质，其中一个最重要的特性是可以通过磁场控制磁性液体在所需要的位置，例如磁性液体用于特定部位的密封和散热等。磁性液体的基本组成包括磁性颗粒、载液和表面活性剂等，其中载液作为磁性液体的重要组成部分，对其流变性能和物理化学性质有着举足轻重的影响，因此在选用磁性液体时，载液的种类是首要考虑因素。目前，国内外许多专家对不同载液基的磁性液体进行了相关的研究，但由于制备的难度和可行性，现行的磁性液体载液主要以各种有机物和水为主。由于有机物和水基磁性液体不具有导电性，限制了其在需要导电功能的电子工程领域的可能应用。在常温常压下以液态存在的钾钠合金，由于具有低熔点，高沸点，低蒸气压，良好的导电导热性等特性，使其成为具有导电功能的磁性液体载液的优良选择。

技术实现要素：

为克服传统固体电刷的缺点，弥补现行常用磁性液体种类的不足，本发明提供一种导电性好，流动性好，饱和磁化强度较高的可应用于电子工程领域的钾钠合金基磁性液体及其制备工艺。

本发明是通过以下方式实现的：

一种具有导电功能的钾钠合金基磁性液体，包含磁性颗粒和合金载液；所述磁性颗粒与合金载液的质量比为1：30。

优选的是，所述磁性颗粒为纳米羰基铁磁性颗粒；所述合金载液为液态钾钠合金。

上述钾钠合金基磁性液体的制备方法是，首先采用逐步升温液相分解法制备纳米羰基铁磁性颗粒；然后在煤油保护下，将纯金属K和纯金属Na按照一定比例机械混合后获得液态钾钠合金；同样在煤油保护下，将钾钠合金载夜与纳米羰基铁磁性颗粒通过机械搅拌和超声分散，制得钾钠合金基磁性液体。

上述的方法包括如下步骤：

1)采用逐步升温液相分解法制备纳米羰基铁磁性颗粒；

2)在煤油保护下，将纯金属K和纯金属Na按照3:1的比例机械混合，24小时后获得液态钾钠合金；

3)将上述步骤(1)中获得的纳米羰基铁磁性颗粒进行称量，加入到烧杯中，然后加入一定量的煤油；

4)为将钾钠合金注射到上述步骤(3)获得的煤油液面下，机械搅拌并于30℃超声分散若干小时，即获得银灰色钾钠合金基磁性液体。

优选的是，步骤(1)中，所述的纳米羰基铁磁性颗粒的制备方法为：将19.6gFe(CO)₅，29.2g二甲基甲酰胺(C₃H₇NO)和0.7g端氨基聚氨酯加入到三口烧瓶中，然后安装搅拌装置，插入温度计，通气管和冷凝管，以300r/min的转速搅拌，并开始缓慢升温，当温度到达150℃时反应完成，反应完成后将产物转移到离心筒中进行离心沉淀，过滤真空干燥即得纳米羰基铁磁性颗粒。

优选的是，步骤(2)中，所述纯金属K和纯金属Na的原子质量比为39:23。

优选的是，步骤(2)中，所述纯金属K和纯金属Na的纯度为99.999％。

优选的是，步骤(3)中，所述纳米羰基铁磁性颗粒与合金载液的质量比为1:30。

上述的具有导电功能的钾钠合金基磁性液体在电机电刷中的应用。

本发明采用常温下呈液体状态的钾钠合金作为磁性液体的载液，将纳米羰基铁磁性颗粒分散在合金载液中，制备获得合金载液基磁性液体，该类磁性液体同时具有优良的流动性，导电性和磁性性能。

本发明通过采用钾钠合金作为磁性液体的载液，用纳米羰基铁作为磁性颗粒，获得的磁性液体饱和磁化强度较高，导电性好，流动性好，克服了传统电刷的缺点，补充了现行磁性液体的种类。本发明获得的钾钠合金基磁性液体在电子工程领域具有潜在的应用价值。

附图说明

图1在煤油保护下制备钾钠合金载液磁性液体的原理图。

图2钾钠合金基磁性液体的VSM曲线图。

图1中：注射器(1)、煤油(2)、钾钠合金(3)、纳米羰基铁磁性颗粒(4)、搅拌器(5)；

结合附图对本发明作进一步说明。

在烧杯中倒入称量好的纳米羰基铁磁性颗粒，然后加入煤油；为避免钾钠合金与空气的接触，将注射器针头插入煤油液面下，推动针管注入一定量的钾钠合金液体，通过机械搅拌和超声分散即可获得钾钠合金基磁性液体。由于该磁性液体采用钾钠合金作为载液，纳米羰基铁粉作为磁性颗粒，因此该种磁性液体饱和磁化强度较高，并具有金属的高热传导性和导电性能，在电子工程领域具有潜在的应用价值。

具体实施方法

下面结合实施例进一步说明：

原材料有：99.999％纯的K和Na金属，Fe(CO)₅，二甲基甲酰胺(C₃H₇NO)，端氨基聚氨酯，KMnO₄溶液，氩气。

将纯金属K和纯金属Na按照3:1的比例在煤油的保护下机械混合，24小时后获得液态KNa合金。

将19.6gFe(CO)₅，29.2g二甲基甲酰胺(C₃H₇NO)和0.7g端氨基聚氨酯加入到三口烧瓶中，然后安装搅拌装置，插入温度计和通气管，并安装2根串联的空气冷凝管，冷凝管的一端连接导气管，导气管的另一端放置在KMnO₄溶液中，充好惰性气体(氩气)后，以300r/min的转速搅拌，并开始缓慢升温，当温度到达150℃时反应完成，反应完成后将产物转移到离心筒中进行离心沉淀，过滤真空干燥即得纳米羰基铁磁性颗粒。

将纳米羰基铁磁性颗粒进行称量，加入到烧杯中，然后加入一定量的煤油。将钾钠合金液注入注射器中，将注射器针头插入煤油液面下，推动注射器注入一定量的钾钠合金液体，机械搅拌并于30℃超声分散若干小时，即获得银灰色钾钠合金基磁性液体。

取一定量的钾钠合金基磁性液体，进行VSM测试表征。