摘要：利用同種磁性液體表面張力智能測(cè)試儀在不同邊界條件下對(duì)磁性液體的表面張力系數(shù)進(jìn)行了測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，磁性液體表面張力系數(shù)與磁場強(qiáng)度及其飽和磁化強(qiáng)度成正比。利用不同儀器、在相同邊界條件下對(duì)同種磁性液體表面張力系數(shù)測(cè)試的結(jié)果表明，智能儀器能夠準(zhǔn)確獲取磁性液體液膜斷前、斷后的電壓值，減小依靠人眼盲讀電壓值產(chǎn)生的誤差，測(cè)試精度比傳統(tǒng)儀器提高了4.14。

磁性液體是由表面活性劑包覆的，直徑小于10nm的單疇磁性納米顆粒均勻地分散在載液中而形成的一種超順磁性固一液相的溶膠液體，是一種受磁場控制并且可以流動(dòng)的液態(tài)納米磁性功能材料。由于場致磁性液體的特殊性能，近年來已成功地應(yīng)用于靶向治療、阻尼緩沖、熱交換、動(dòng)態(tài)密封和磁選礦等多個(gè)領(lǐng)域。對(duì)磁性液體的表觀密度、潤滑和密封性能、表面張力等已經(jīng)進(jìn)行了較多研究，但對(duì)于磁性液體基于磁場下表面張力系數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究較少，而磁場下磁性液體的表面張力系數(shù)的變化規(guī)律直接影響其在輸運(yùn)技術(shù)、浮選技術(shù)上的應(yīng)用，如陳達(dá)暢等人研究了磁場中基于磁性液體表面張力系數(shù)的磁流體密封模型。因此，本文利用磁性液體表面張力智能測(cè)試儀在不同邊界條件（磁場）下，研究了磁性液體表面張力系數(shù)的變化規(guī)律；利用不同儀器、在相同邊界條件（磁場）下對(duì)同種磁性液體表面張力系數(shù)進(jìn)行測(cè)試，得出智能儀器測(cè)試精度比傳統(tǒng)儀器測(cè)試精度提高了4.14，對(duì)進(jìn)一步拓展磁性液體在輸運(yùn)技術(shù)、浮選技術(shù)等方面的應(yīng)用提供理論支持。

1. 變化磁場條件下測(cè)試磁性液體的表面張力系數(shù)

1.1 測(cè)試裝置

該測(cè)試裝置主要由勵(lì)磁線圈、力敏傳感器、升降臺(tái)、控制器、勵(lì)磁電源和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成。如圖1所示，可以通過力敏傳感器將力學(xué)量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W(xué)量，利用AD轉(zhuǎn)換器及單片機(jī)將信號(hào)傳送至計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)操作界面上完成磁性液體表面張力系數(shù)的測(cè)試過程，圖2是磁性液體表面張力系數(shù)智能測(cè)試儀實(shí)物圖。

1.2 測(cè)試原理

如圖1所示，將金屬吊環(huán)固定在力敏傳感器的拉鉤上，并將吊環(huán)浸沒于磁性液體中，勻速緩慢拉起金屬吊環(huán)，吊環(huán)將受到拉力、重力和表面張力作用。經(jīng)過推導(dǎo)、換算，磁性液體表面張力系數(shù)α與液膜拉斷前后瞬間電壓讀數(shù)U的關(guān)系為：α=(U1-U2)/(B(D1+D2))。式中：U1和U2分別是磁性液體液膜拉斷前后瞬間輸出的電壓值，可傳統(tǒng)讀數(shù)，也可智能獲得；B為力敏傳感器的靈敏度，可用定標(biāo)的方法計(jì)算；D1和D2分別是金屬吊環(huán)的內(nèi)外徑，可直接測(cè)量。

1.3 測(cè)試材料

利用磁性液體表面張力智能測(cè)試儀（簡稱智能測(cè)試儀）測(cè)試磁性液體的表面張力系數(shù)，所用測(cè)試材料有飽和磁化強(qiáng)度（Ms）不同的磁性液體（如表1，1A/m=4π×10-3Gs）、金屬吊環(huán)、砝碼盤和砝碼。

1.4 測(cè)試過程

磁性液體表面張力系數(shù)的測(cè)試，依據(jù)式（1）逐項(xiàng)測(cè)出力敏傳感器的靈敏度B、金屬吊環(huán)內(nèi)外徑D1和D2以及不同磁場條件下液膜瞬間拉斷前后的電壓值U1和U2。利用智能測(cè)試儀的具體測(cè)試過程如下：①靈敏度測(cè)量。將砝碼盤掛在力敏傳感器的掛鉤上，電壓表調(diào)零，點(diǎn)擊“靈敏度測(cè)量”選項(xiàng)卡（圖3），逐次將7個(gè)砝碼片加入砝碼盤中，點(diǎn)擊“靈敏度測(cè)量”按鈕，測(cè)完后計(jì)算機(jī)直接得出靈敏度B值，點(diǎn)擊“存盤”將數(shù)據(jù)及曲線自動(dòng)保存在D盤。②表面張力系數(shù)的測(cè)量。將待測(cè)液體盛人玻璃器皿內(nèi)，置于升降平臺(tái)上，點(diǎn)擊“表面張力系數(shù)測(cè)量”選項(xiàng)卡（圖3），設(shè)定所需的勵(lì)磁電流值。代入式（1），求得不同Ms值磁性液體的表面張力系數(shù)，其與Ms關(guān)系如圖7所示。

由圖7可知，α與Ms有關(guān)。Ms小于120Gs時(shí)，α與Ms成正比；大于120Gs小于200Gs時(shí)，α緩慢增加；大于200Gs小于440Gs時(shí)，成線性增加；大于440Gs時(shí)，基本恒定。這種變化規(guī)律主要是由于不同磁飽和強(qiáng)度的磁性液體所含磁性顆粒的數(shù)目不同所致。

2. 零磁場條件下測(cè)試同種磁性液體的表面張力系數(shù)

零磁場條件下，分別利用智能測(cè)試儀和FD—NST—I型測(cè)定儀測(cè)試EFH1型磁性液體（表2）表面張力系數(shù)。智能測(cè)試儀通過力敏傳感器定標(biāo)、查找計(jì)算機(jī)顯示液膜拉斷前后的電壓值U1和U2，并代入式（1），采用統(tǒng)計(jì)平均值法求得的表面張力系數(shù)為α≈28.7×10-3N/m，與表2表面張力系數(shù)的相對(duì)偏差為1.03%。而采用FD—NST—I型測(cè)定儀測(cè)試該液體表面張力系數(shù)α≈27.5×10-3N/m，相對(duì)偏差為5.17%。顯然，智能測(cè)試儀能夠準(zhǔn)確獲取液膜斷前、斷后的電壓值，減小依靠人眼盲讀電壓值產(chǎn)生的誤差，測(cè)試精度比傳統(tǒng)儀器提高了4.14。

3. 結(jié)論

本文利用磁性液體表面張力智能測(cè)試儀在不同磁場邊界條件下對(duì)磁性液體的表面張力系數(shù)進(jìn)行了測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，磁性液體的表面張力系數(shù)與磁場強(qiáng)弱及自身參數(shù)有關(guān)。磁場強(qiáng)的地方，磁性液體飽和磁化強(qiáng)度較大的磁性液體，其表面張力系數(shù)大；磁場弱的地方，Ms較小的磁性液體，其表面張力系數(shù)也小。利用不同儀器、在相同邊界條件下對(duì)同種磁性液體表面張力系數(shù)測(cè)試的結(jié)果表明，智能測(cè)試儀能夠準(zhǔn)確獲取磁性液體液膜斷前、斷后的電壓值，減小依靠人眼盲讀產(chǎn)生的測(cè)試誤差，測(cè)試精度比傳統(tǒng)儀器提高了4.14。獲取場致磁性液體表面張力系數(shù)的變化規(guī)律，將為磁性液體的輸運(yùn)技術(shù)、浮選技術(shù)及密封技術(shù)的應(yīng)用提供一定的理論基礎(chǔ)。