【摘 要】
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具有不同磁响应特征的磁性弹性体是磁传感器的柔性化发展的基础。一般而言,磁性弹性体是采用磁性功能填料填充弹性体复合而成,其磁响应特征主要有赖于磁性功能填料的磁性能和填量、磁性颗粒在弹性体中的相态结构以及磁性颗粒与弹性体的界面相容性等因素。本论文围绕可调磁性功能填料的制备及其在弹性体中的有序化,选择M型六角钡铁氧体为研究对象,设计化学共沉淀-熔盐法合成工艺,采用钴和钛为共掺杂元素,研究共掺杂元素对于六
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（编号:52173208）；
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具有不同磁响应特征的磁性弹性体是磁传感器的柔性化发展的基础。一般而言,磁性弹性体是采用磁性功能填料填充弹性体复合而成,其磁响应特征主要有赖于磁性功能填料的磁性能和填量、磁性颗粒在弹性体中的相态结构以及磁性颗粒与弹性体的界面相容性等因素。本论文围绕可调磁性功能填料的制备及其在弹性体中的有序化,选择M型六角钡铁氧体为研究对象,设计化学共沉淀-熔盐法合成工艺,采用钴和钛为共掺杂元素,研究共掺杂元素对于六角铁氧体磁性能的影响关系,建立具有硬软磁特性六角钡铁氧体纳米粉体稳定合成工艺,并确定放大的工艺方案;在此基础上,采用磁场辅助固化成型,获得具有不同相态结构的六角铁氧体/硅橡胶磁性弹性体,细致研究磁颗粒不同磁性能、颗粒的取向结构等对于所制备磁性弹性体力学性能和磁响应特性的影响规律。围绕上述研究思路和研究内容,经过系统的实验研究,得到的主要结论如下:1、采用化学共沉淀-熔盐法制备纳米尺度BaCoxTixFe12-2xO19粉体,所得样品粉体颗粒尺寸随掺杂量x的提升由100 nm～200 nm变化至60nm～100 nm范围内,M型六角钡铁氧体的矫顽力由未掺杂时的4000 Oe变为掺杂量达到x=1.2时的70 Oe,所使用的掺杂离子Co2+和Ti4+分别取代2b和2a位的Fe3+离子,离子磁矩、离子半径存在差异削弱了 Fe-O-Fe间超交换作用;2、根据反应液体流动状态保持一致的搅拌器放大准则,对采用的生产工艺进行放大研究,与微量实验样品相似,样品粉末结构、形貌以及性能具备良好的可重复性;在该放大研究的基础上,设计了用于规模化生产元素掺杂M型六角铁氧体的反应釜,所设计的反应釜采用双桨推进式桨叶设计,桨叶直径为0.6 m,桨叶间距为0.8 m,反应釜筒体为圆柱形设计,筒体高度与筒体内径比H/D为1.2,容积为3.63 m3;3、以元素掺杂M型六角钡铁氧体为填料,与硅橡胶弹性体复合,借助外磁场在弹性体中实现填料颗粒微结构的预置,诱导磁链结构产生,获得各向异性磁响应弹性体,利用振动样品磁强计在弹性体平面及法线方向施加磁场,呈现出软硬磁不同特性的磁滞回线,弹性体样品的矫顽力随填充样品的改变提升由4000 Oe降低至70 Oe;4、磁场诱导磁链结构产生,组成链状网络结构,作为一种增强网络其对硅橡胶分子链在循环载荷下流动性提供限制,初始状态下各向异性磁响应的BaFe12O19/硅橡胶样品较各向同性的弹性体样品剪切储能模量增长幅度为193%,且其值随外磁场强度的增强表现出更高的储能模量。
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