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出版者:Oxford University Press, USA

作者:B. M. Berkovsky

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1993-12-16

价格:USD 85.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780198563884

丛书系列:

图书标签:

• 磁流体
• 流体物理
• 纳米材料
• 磁性材料
• 材料科学
• 物理学
• 化学
• 工程学
• 界面科学
• 胶体化学

《磁流体：科学、工程与应用》 图书简介 《磁流体：科学、工程与应用》是一部全面深入探讨磁流体（也称为铁磁流体）这一迷人领域的学术专著。本书旨在为读者，无论是初学者还是该领域的研究人员，提供关于磁流体材料性质、行为机理、制备技术以及广泛应用场景的权威性、系统性介绍。作者凭借其在磁流体研究领域的深厚造诣和丰富经验，将复杂的科学原理以清晰易懂的方式呈现，并辅以大量的实验数据、图表和案例分析，力求使读者在掌握理论知识的同时，也能深刻理解其工程实践的价值。 第一部分：磁流体的基础科学 本书的开篇，即第一部分，将奠定读者对磁流体的基本认识。我们将从磁流体的定义入手，清晰界定其核心特征：作为一种能够在外部磁场作用下表现出显著磁性和流动性的液体。接着，我们将深入剖析磁流体材料的微观结构，重点阐述其由磁性纳米颗粒、表面活性剂和载体液体组成的复杂体系。 磁性纳米颗粒的性质： 这一章节将详述构成磁流体的关键成分——磁性纳米颗粒。我们将探讨不同类型的磁性材料，如四氧化三铁（Fe3O4）、氧化铁（γ-Fe2O3）、磁铁矿等，以及它们的晶体结构、尺寸效应和磁学特性。颗粒的尺寸在纳米尺度（通常为10-20纳米）是至关重要的，因为这使得它们能够在载体液体中形成稳定的悬浮液，并表现出超顺磁性。我们将详细介绍超顺磁性的概念，解释为何这些小颗粒在没有外部磁场时表现出随机取向，而一旦施加磁场，它们会迅速磁化并形成链状结构，进而改变流体的宏观行为。 表面活性剂的作用与机制： 表面活性剂在磁流体稳定性和性能调控中扮演着不可或缺的角色。本节将深入探讨各种表面活性剂的化学结构和作用机理，例如油酸、柠檬酸、四甲基氢氧化铵等。我们将解释表面活性剂如何吸附在磁性纳米颗粒表面，通过空间位阻或静电排斥作用，有效防止颗粒之间的范德华力引起的团聚和沉降。读者将了解到不同表面活性剂的选择对磁流体稳定性的影响，以及如何通过调节表面活性剂的类型和用量来优化磁流体的性能。 载体液体的选择与影响： 载体液体是磁流体的重要组成部分，它不仅承载着磁性纳米颗粒，还直接影响着磁流体的粘度、密度、导热性等宏观物理性质。本书将分析不同类型载体液体的特性，包括水基、油基和有机溶剂基等。我们将探讨载体液体的极性、粘度、挥发性等因素如何影响磁流体的分散稳定性、磁响应速度以及在不同应用环境下的适用性。例如，水基磁流体通常具有较好的生物相容性，适用于生物医学领域，而油基磁流体则在高温或腐蚀性环境中表现出更优越的稳定性。 磁流体的磁学特性： 深入理解磁流体的磁学特性是掌握其行为规律的关键。本章将详细介绍磁流体的磁化曲线（M-H曲线），解释饱和磁化强度、磁滞回线等参数的物理意义。我们将重点讨论超顺磁性与铁磁性的区别，以及为何超顺磁性是磁流体能够在液体中稳定存在并表现出可逆磁响应的根本原因。此外，本节还将涉及磁流体在外磁场作用下的磁畴结构演变，以及这些微观结构如何宏观地影响其流变行为。 磁流体的流变学行为： 磁流体的流变学行为是其最引人注目的特性之一，即在外磁场作用下，其粘度、屈服应力等流变参数会发生显著变化。本章将系统阐述磁流体的磁致流变效应（Magnetorheological Effect）。我们将深入分析磁场强度、温度、剪切速率以及磁流体自身参数（如颗粒浓度、尺寸分布）对磁致流变行为的影响。读者将了解磁流体在磁场作用下形成的链状或柱状结构如何阻碍流体流动，从而导致粘度升高，甚至表现出屈服应力。 第二部分：磁流体的制备与表征 在掌握了磁流体的基础科学原理后，本书第二部分将聚焦于磁流体的实际制备过程以及对其性能进行精确表征的方法。 制备方法： 本节将详细介绍目前主流的磁流体制备技术，包括化学共沉淀法、热解法、微乳液法等。对于每种方法，我们将详细阐述其基本原理、工艺流程、优缺点以及适用范围。例如，化学共沉淀法因其操作简便、成本较低而被广泛应用，但可能存在颗粒尺寸不易控制的问题；微乳液法则能够制备出尺寸分布更均匀、稳定性更高的磁流体。本书还将探讨如何通过优化反应条件，如pH值、反应温度、反应时间等，来控制纳米颗粒的形成和生长，进而影响磁流体的最终性能。 表面改性技术： 为了进一步改善磁流体的性能，如提高稳定性、降低粘度、增强磁响应等，需要对磁性纳米颗粒进行有效的表面改性。本节将深入探讨各种表面改性技术，包括物理吸附、化学键合、聚合物包覆等。我们将介绍如何利用不同功能的表面活性剂、配体或聚合物对纳米颗粒进行修饰，以实现特定的功能化目标。例如，亲水性表面改性可用于制备水基磁流体，疏水性表面改性则适用于油基体系；引入导电聚合物可以制备导电磁流体，用于电磁应用。 表征技术： 精确的表征是评价磁流体性能、指导工艺优化的关键。本节将详细介绍用于磁流体表征的各种先进技术。 形貌与尺寸分析： 透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）用于观察磁性纳米颗粒的形貌、尺寸和分布。X射线衍射（XRD）用于确定颗粒的晶体结构和相组成。动态光散射（DLS）技术则用于测量磁流体中颗粒的 hydrodynamic diameter。 磁学性能表征： 振动样品磁力计（VSM）和超导量子干涉仪（SQUID）用于测量磁流体的磁化曲线，获取饱和磁化强度、矫顽力等关键磁学参数。 流变学性能表征： 流变仪是研究磁流体在不同磁场强度、温度和剪切速率下的流变行为的必备仪器。通过流变仪，可以获得磁流体的粘度、屈服应力、储能模量和损耗模量等信息。 稳定性评估： 离心机、沉降测试以及长期稳定性观察是评估磁流体分散稳定性的常用方法。 第三部分：磁流体的应用 磁流体独特的磁响应和流变特性，使其在众多高科技领域展现出巨大的应用潜力。本书的第三部分将系统介绍磁流体在不同领域的具体应用，并对其发展前景进行展望。 密封技术： 磁流体密封是磁流体最成熟、最广泛的应用之一。本节将详细介绍磁流体密封的工作原理，即利用强磁场使磁流体在特定空间形成液态密封壁，有效阻止气体、液体或粉尘的泄漏。我们将分析磁流体密封在真空技术、半导体制造、精密机械等领域的应用，并探讨不同类型的磁流体密封结构，如静态密封、动态密封，以及它们在不同工况下的性能优势。 阻尼与减震： 磁流体因其可控的粘度和阻尼特性，在阻尼和减震领域具有重要应用。本章将介绍磁流体减震器的工作原理，例如汽车悬挂系统、精密仪器隔震平台等。我们将探讨如何通过调节外部磁场强度来精确控制减震器的阻尼系数，从而实现个性化、自适应的减震效果。 冷却与散热： 磁流体的高导热性以及在磁场作用下的强化对流换热能力，使其成为一种高效的冷却介质。本节将介绍磁流体在电子设备散热、核反应堆冷却、发动机冷却等领域的应用。我们将分析磁场如何增强磁流体的对流换热性能，从而提高散热效率。 驱动与执行： 磁流体还可以用作微型驱动和执行器。本章将介绍基于磁流体的微泵、微阀、微机器人等。通过外部磁场控制磁流体的流动和形状变化，可以实现对微流体的精确操控，为微机电系统（MEMS）和生物微流控技术提供新的解决方案。 医疗与生物技术： 磁流体在医疗和生物技术领域也展现出巨大的潜力。本节将介绍其在药物输送、磁共振成像（MRI）造影剂、肿瘤靶向治疗、细胞分离等方面的应用。我们将讨论磁流体的生物相容性问题，以及如何通过表面改性来增强其在生物体内的稳定性和靶向性。 其他新兴应用： 除了上述主要应用领域，本书还将简要介绍磁流体在光学、声学、惯性导航、磁流变液（MR fluid）相关应用等新兴领域的探索和发展。 结论与展望 本书的最后一章将对磁流体的科学研究和工程应用进行总结，并对未来的发展趋势进行展望。我们将回顾当前研究的热点和挑战，例如开发更高性能、更环保的磁流体材料，以及探索更广泛、更创新的应用领域。同时，本书也将强调多学科交叉融合的重要性，鼓励读者在数学、物理、化学、材料科学、工程学等领域进行深入探索，为磁流体技术的进一步发展贡献力量。 《磁流体：科学、工程与应用》旨在成为一本权威、全面、实用的参考书，为所有对磁流体这一神奇材料感兴趣的读者提供宝贵的知识财富，并激发他们在这一领域进行创新研究和应用开发的热情。

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初读此书，我最大的感受是作者对于实验细节的把握达到了令人咋舌的程度。他仿佛是一位经验丰富的老教授，站在我身边，手把手地指导我进行每一个实验步骤。书中对设备参数的描述细致入微，从磁场的均匀度要求，到样品制备过程中的温度控制，每一个小数点后的数字都显得至关重要。这对于想要将理论付诸实践的研究人员来说，简直是一本不可多得的“操作圣经”。我特别留意了其中关于“簇状结构形成”的讨论，作者不仅给出了现象的观察报告，还深入分析了不同表面活性剂浓度下，颗粒间相互作用力的微小变化如何导致宏观形态的剧烈差异。这种对微观世界近乎偏执的关注，充分体现了作者的学术功底和严谨态度。更令人称道的是，作者在论述某一特定实验方法的局限性时，也毫不避讳地指出了其可能存在的误差来源和改进方向，这种坦诚和批判性思维，是很多只报喜不报忧的教材所缺乏的。读完相关章节，我感觉自己对实验室操作的理解提升了一个层次，对数据背后的物理意义也有了更深刻的体悟。

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从人文关怀的角度来看，这本书也展现出了一种独特的学者情怀。在介绍某个关键理论的诞生历程时，作者花费了相当大的篇幅去描绘那个时代背景下的科学思潮和技术瓶颈。我印象最深的是关于早期“磁性液体”概念被提出时，科学界所遭受的质疑与冷遇的描述。作者没有将那些先驱者描绘成神圣不可侵犯的偶像，而是将他们还原成有血有肉、在探索中跌倒又爬起来的普通人。这种对科学史的细致梳理，使得这本书不仅仅是一本技术手册，更是一部关于人类求知欲和不懈探索精神的赞歌。通过这些历史插曲，读者能感受到，科学的进步从来都不是一蹴而就的坦途，而是充满了反复、争论和灵感的火花。这种对“过程”的重视，比单纯的结论展示，更能激发后辈研究者的热情，让我对这个研究领域产生了更深层次的认同感和使命感。

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这本书的叙事结构呈现出一种独特的、螺旋上升的逻辑美感。它并非线性地从A讲到Z，而是在不同的章节中反复回扣核心概念，每一次回扣都伴随着更深层次的剖析和更广阔的应用场景的拓展。比如，在分析流体在旋转磁场中的行为时，作者先给出了基础的麦克斯韦方程组的简化形式，随后在讨论到涡旋稳定性时，又引出了非线性动力学的视角，将流体力学、电磁学和混沌理论巧妙地编织在一起。这种多学科交叉的叙述方式，极大地拓宽了我的知识边界。我原本以为这只是一个关于特定材料体系的专著，但读到中后段，我发现它实际上提供了一套看待复杂系统中能量与物质相互作用的普适性思维框架。作者的文笔流畅而富有节奏感，即便是那些复杂的偏微分方程组，也被他安排在了最恰当的位置，作为支撑论点的坚实基石，而不是冷冰冰的装饰品。这使得阅读体验更像是在解一个精心设计的数学谜题，每解开一个环节，都会有豁然开朗的快感。

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坦率地说，这本书在某些应用案例的选择上，显得尤为独到和具有前瞻性。它并没有过多纠缠于已经被研究得非常透彻的传统应用领域，而是将大量的篇幅放在了那些尚未完全成熟，但潜力巨大的新兴方向上。例如，关于利用磁流体在微重力环境下进行精密流体操控的章节，描述了在太空探索和先进制造领域可能带来的革命性突破。作者的论证逻辑严密，每一个设想都有坚实的理论基础支撑，这让我这个抱持着实用主义态度的读者也感到由衷的振奋。这种“立足当下，展望未来”的写作风格，使得阅读过程充满了期待感，仿佛在跟随作者的视角，窥见了未来十年内该领域可能达到的技术高度。这本书不是简单地告诉你“是什么”，而是强有力地指出“可以成为什么样”，这才是顶尖学术著作的价值所在——它激励你去创造新的知识，而不是仅仅记忆旧的知识点。

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这本书的封面设计简直是一场视觉盛宴，那种深邃的蓝色调与流动的金属质感完美地融合在一起，仿佛能透过纸张感受到那种奇特的张力。我拿到书的时候，光是翻阅目录就被深深吸引住了，里面的章节标题充满了科学的严谨性，但又不失一种探索未知的好奇心。我原以为这会是一本晦涩难懂的专业著作，但读进去之后才发现，作者在阐述复杂概念时所用的类比和图示简直是神来之笔。比如，在讲解介质的非牛顿流体特性时，作者并没有堆砌枯燥的数学公式，而是通过描述一个在强磁场下“跳舞”的液滴的生动场景，瞬间将抽象的物理原理具象化了。这种深入浅出的讲解方式，让一个非物理专业背景的读者也能轻松跟上思路，领略到这门学科的魅力。特别是关于磁流体力学中边界层理论的那一部分，作者巧妙地引入了历史背景，讲述了早期科学家是如何一步步攻克这些难题的，这使得阅读过程充满了代入感，仿佛我也参与了一场跨越时空的科学对话。整本书的排版和印刷质量也无可挑剔，纸张的触感非常舒适，让人愿意长时间捧读，沉浸在这片知识的海洋里。

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