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专家介绍
李德才 现为北京交通大学教授、特聘教授、博士生导师,北京交通大学磁性液体(磁性流体)研究中心负责人和学术带头人。主要研究方向为机电液磁一体化理论及应用、纳米磁性功能材料制备、纳米磁性功能材料理论及应用。2002年,作为第一完成人所进行的磁性液体密封的机理及应用研究成果通过了河北省科技厅的鉴定,并获2003年河北省科技进步三等奖。作为主要完成人与总装备部共同研究的项目“超大直径磁性液体密封研究”获2007年全军科技进步三等奖。
提起磁性材料,你首先会想到什么呢?是各种金属磁性材料,还是以铁氧体为代表的非金属磁性材料,抑或是高分子和无机材料组合而成的各类磁性复合材料?
如果有人告诉你,除了这些常见的固相磁性材料外,现在还有一种以液体形式存在和使用的磁性材料,你是否会觉得不可思议,匪夷所思呢?日前,记者来到北京交通大学磁性液体研究中心,采访了该中心的负责人李德才教授。在李教授的实验室里,他在普通的瓷碗里装满了巧克力色的液体,随着碗下面磁铁移动,碗中的液体变化成一朵朵形状各异的莲花,让人惊叹。为什么会产生这种奇妙的现象呢?李教授向记者揭开了磁性液体的神秘面纱。
神奇的磁性液体
记者:对普通读者来说,他们对磁性液体材料这个概念会很陌生,刚才看了您的演示,更是觉得这种看似普通的液体,具有神奇的特性,请您简单给读者介绍一下。
李教授:磁性液体是以液体形式存在的磁性材料,它是功能材料中的一支新秀,在重力和磁力作用下能够保持稳定, 不会出现沉淀或分层现象。它是由直径为纳米量级的磁性固体颗粒均匀分散到基载液中而形成的一种稳定的胶状液体。磁性液体既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性,由于具有交叉特性,所以这种磁性液体材料应满足的性能要求是:高的饱和磁化强度,在使用温度下有长期的稳定性,在重力和电磁力的作用下不沉淀,有好的流动性。正因如此,它才在实际中有着广泛的应用,在理论上具有很高的学术价值。磁性液体最通常的制备方法是借助于共同沉淀法制得粒径约为10nm 的磁铁矿之类铁氧体之后,吸附以界面活性剂,然后分散于油或水中即制成磁流体。在我刚才的演示中,正因为液体中含有磁性粒子,随着磁铁的移动,碗中的磁性液体会变化成各种美丽的花朵。
广泛的应用前景
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记者:作为一种新型的功能材料,磁性液体材料在现代技术中得到越来越广泛的应用,请您具体介绍一下。
李教授:对磁性液体的研究起源于上世纪60年代,磁性液体最初是1965年美国宇航局为了解决太空技术难题而率先研制的。自此引发了各国对这种新型材料的研究开发和应用,并不断地取得新的进展,一步步从实验室迈向实用化。目前,应用最广的典型用途便是磁性液体密封,还有利用磁性液体的重力分选技术,以及加速度计等方面均已实用化。磁流体的应用现已扩展到机械、电子、能源、化工、冶金、船舶、航天、遥测、仪表、印刷、环保、卫生、医疗等诸多领域, 在密封、冷却、润滑、医学、发动机、压缩机、换能器、计量阀、造影剂、生物学、精密研磨、阻尼减振、矿物分离、油水分离、快速印刷、定向淬火、执行元件、磁畴观察等其他方面。
记者:这种神奇的磁性液体,会给老百姓的生活带来什么影响呢?
李教授:近年来,磁性液体在生物医学上的应用日益受到人们关注,被人们形象地称为“生物导弹”,在外磁场作用下,磁流体作为药物的载体可以在人体内靶向给药,对治疗肿瘤效果显著。另外也用于X-射线或NMR诊断中的不透光材料。德国已将该项技术用在临床上,磁性流体与药物混合在一起,德国已将该项技术用在临床上,磁性液体与药物混合在一起,直接作用于病灶部位,治疗恶性肿瘤并取得了很好疗效,因此磁性液体在医学上也大有作为。
科研硕果累累
记者:您作为北京交通大学磁性液体研究中心的学科带头人,您所带领的团队取得了一系列的研究成果,请您具体介绍一下。
李教授:北京交通大学磁性液体研究中心是集理论研究,产品研发与制造于一体的综合机构。目前,中心拥有国内最先进的磁性液体制备和产品加工设备,可以生产水基、煤油基、氟油基、机油基和二酯基等多种基液的磁性液体;研制的磁性液体爬坡、磁性液体爬杆、磁悬浮地球仪、磁性流体悬浮仪和磁性液体特殊性能显示仪等科普展品被各大专院校和科技馆所广泛采用,作为科技馆展品,在展览中受到了大家的欢迎。比如其中的磁性液体爬坡装置,当磁场加到磁性液体上时,在磁性液体内部将产生体积力,利用这一作用,可演示“水”往高处流的现象,使人认识磁性液体这种新型功能材料的特殊性质,发现它与一般液体的不同,思考“水”往高处流的机理。磁性液体悬浮仪是一种集机械、电子、化学于一体的高科技产品。该产品具有体积小、重量轻,演示效果好等特点。
中心生产的磁性液体密封产品已经达到国际先进水平,成功应用于国防、工农业生产等众多领域;十几年来,中心积累了丰富的研发与制造经验,获得了各行各业的一致好评。单晶硅炉磁性液体密封装置、军工大直径磁性液体密封装置的研究在国内处于领先地位。由于磁性液体密封产品打破了国外对该技术的垄断,每年为国家节约了大量的外汇。
科研贵在坚持
记者:作为我国较早从事磁性液体研究并取得突出成就的个人,您在科究中最深的体会是什么?
李教授:从1989年至今近20年的时间里,我一直从事磁性液体的理论及应用研究。20年前,当选择磁性液体作为自己的科研方向时,当时从事这项研究的人很少,很多人不了解磁性液体,对此抱有怀疑的态度,并且不看好该研究项目,但我认准的事,就会坚持不懈,不会动摇。实践证明,只要坚持下去,就会出成果。另外一个感受就是在研究中,特别要注重理论与应用的结合,应该把理论研究的成果转化为产品,如今,产品已在很多领域得到广泛应用。
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至今,已主持国家自然科学基金4项,军工项目6项,省部级项目4项,横向项目20余项;2003年获科学出版基金资助,出版了国内第一本全面介绍磁性液体的学术专著《磁性液体理论及应用》(科学出版社),已批准专利15 项(均为第一发明/设计人),其中发明专利4项。特别要感谢的是,北京市科委对自己的研究也给予了大力支持。
在研究中,不要封闭自己,积极参加国际学术交流,把握国际最新研究动向。比如1998年,第八届国际磁性液体(磁性流体)会议在罗马尼亚召开,我作为首次被邀请的中国大陆唯一学者参加了会议并宣读了论文。2001年参加在德国举行的第九届国际磁性液体会议并接受德国布莱梅大学邀请,在德国从事磁性液体制备、磁性液体传感器研究等工作。2004年在巴西召开的第十次国际磁性液体大会上发表会议论文4篇。2007年作为中国大陆的唯一学者参加了在捷克斯洛伐克召开的第十一次国际磁性液体会议,并宣读相关论文。
科研重要,也不忘教书育人,1999年获北京市青年骨干教师称号。2001年获第五届詹天佑北京交通大学专项奖。2007年,所负责的《机械设计》课程被评为北京市精品课程;2008年,所负责的《机械设计》双语课,被评为国家级双语教学示范课程;2008年被评为北京交通大学优秀教师。展望未来,对该项研究充满信心。
(责任编辑 邓爱华)