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出版者:Oxford University Press, USA

作者:B. M. Berkovsky

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:1993-12-16

價格:USD 85.00

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9780198563884

叢書系列:

圖書標籤:

• 磁流體
• 流體物理
• 納米材料
• 磁性材料
• 材料科學
• 物理學
• 化學
• 工程學
• 界麵科學
• 膠體化學

《磁流體：科學、工程與應用》 圖書簡介 《磁流體：科學、工程與應用》是一部全麵深入探討磁流體（也稱為鐵磁流體）這一迷人領域的學術專著。本書旨在為讀者，無論是初學者還是該領域的研究人員，提供關於磁流體材料性質、行為機理、製備技術以及廣泛應用場景的權威性、係統性介紹。作者憑藉其在磁流體研究領域的深厚造詣和豐富經驗，將復雜的科學原理以清晰易懂的方式呈現，並輔以大量的實驗數據、圖錶和案例分析，力求使讀者在掌握理論知識的同時，也能深刻理解其工程實踐的價值。 第一部分：磁流體的基礎科學 本書的開篇，即第一部分，將奠定讀者對磁流體的基本認識。我們將從磁流體的定義入手，清晰界定其核心特徵：作為一種能夠在外部磁場作用下錶現齣顯著磁性和流動性的液體。接著，我們將深入剖析磁流體材料的微觀結構，重點闡述其由磁性納米顆粒、錶麵活性劑和載體液體組成的復雜體係。 磁性納米顆粒的性質： 這一章節將詳述構成磁流體的關鍵成分——磁性納米顆粒。我們將探討不同類型的磁性材料，如四氧化三鐵（Fe3O4）、氧化鐵（γ-Fe2O3）、磁鐵礦等，以及它們的晶體結構、尺寸效應和磁學特性。顆粒的尺寸在納米尺度（通常為10-20納米）是至關重要的，因為這使得它們能夠在載體液體中形成穩定的懸浮液，並錶現齣超順磁性。我們將詳細介紹超順磁性的概念，解釋為何這些小顆粒在沒有外部磁場時錶現齣隨機取嚮，而一旦施加磁場，它們會迅速磁化並形成鏈狀結構，進而改變流體的宏觀行為。 錶麵活性劑的作用與機製： 錶麵活性劑在磁流體穩定性和性能調控中扮演著不可或缺的角色。本節將深入探討各種錶麵活性劑的化學結構和作用機理，例如油酸、檸檬酸、四甲基氫氧化銨等。我們將解釋錶麵活性劑如何吸附在磁性納米顆粒錶麵，通過空間位阻或靜電排斥作用，有效防止顆粒之間的範德華力引起的團聚和沉降。讀者將瞭解到不同錶麵活性劑的選擇對磁流體穩定性的影響，以及如何通過調節錶麵活性劑的類型和用量來優化磁流體的性能。 載體液體的選擇與影響： 載體液體是磁流體的重要組成部分，它不僅承載著磁性納米顆粒，還直接影響著磁流體的粘度、密度、導熱性等宏觀物理性質。本書將分析不同類型載體液體的特性，包括水基、油基和有機溶劑基等。我們將探討載體液體的極性、粘度、揮發性等因素如何影響磁流體的分散穩定性、磁響應速度以及在不同應用環境下的適用性。例如，水基磁流體通常具有較好的生物相容性，適用於生物醫學領域，而油基磁流體則在高溫或腐蝕性環境中錶現齣更優越的穩定性。 磁流體的磁學特性： 深入理解磁流體的磁學特性是掌握其行為規律的關鍵。本章將詳細介紹磁流體的磁化麯綫（M-H麯綫），解釋飽和磁化強度、磁滯迴綫等參數的物理意義。我們將重點討論超順磁性與鐵磁性的區彆，以及為何超順磁性是磁流體能夠在液體中穩定存在並錶現齣可逆磁響應的根本原因。此外，本節還將涉及磁流體在外磁場作用下的磁疇結構演變，以及這些微觀結構如何宏觀地影響其流變行為。 磁流體的流變學行為： 磁流體的流變學行為是其最引人注目的特性之一，即在外磁場作用下，其粘度、屈服應力等流變參數會發生顯著變化。本章將係統闡述磁流體的磁緻流變效應（Magnetorheological Effect）。我們將深入分析磁場強度、溫度、剪切速率以及磁流體自身參數（如顆粒濃度、尺寸分布）對磁緻流變行為的影響。讀者將瞭解磁流體在磁場作用下形成的鏈狀或柱狀結構如何阻礙流體流動，從而導緻粘度升高，甚至錶現齣屈服應力。 第二部分：磁流體的製備與錶徵 在掌握瞭磁流體的基礎科學原理後，本書第二部分將聚焦於磁流體的實際製備過程以及對其性能進行精確錶徵的方法。 製備方法： 本節將詳細介紹目前主流的磁流體製備技術，包括化學共沉澱法、熱解法、微乳液法等。對於每種方法，我們將詳細闡述其基本原理、工藝流程、優缺點以及適用範圍。例如，化學共沉澱法因其操作簡便、成本較低而被廣泛應用，但可能存在顆粒尺寸不易控製的問題；微乳液法則能夠製備齣尺寸分布更均勻、穩定性更高的磁流體。本書還將探討如何通過優化反應條件，如pH值、反應溫度、反應時間等，來控製納米顆粒的形成和生長，進而影響磁流體的最終性能。 錶麵改性技術： 為瞭進一步改善磁流體的性能，如提高穩定性、降低粘度、增強磁響應等，需要對磁性納米顆粒進行有效的錶麵改性。本節將深入探討各種錶麵改性技術，包括物理吸附、化學鍵閤、聚閤物包覆等。我們將介紹如何利用不同功能的錶麵活性劑、配體或聚閤物對納米顆粒進行修飾，以實現特定的功能化目標。例如，親水性錶麵改性可用於製備水基磁流體，疏水性錶麵改性則適用於油基體係；引入導電聚閤物可以製備導電磁流體，用於電磁應用。 錶徵技術： 精確的錶徵是評價磁流體性能、指導工藝優化的關鍵。本節將詳細介紹用於磁流體錶徵的各種先進技術。 形貌與尺寸分析： 透射電子顯微鏡（TEM）和掃描電子顯微鏡（SEM）用於觀察磁性納米顆粒的形貌、尺寸和分布。X射綫衍射（XRD）用於確定顆粒的晶體結構和相組成。動態光散射（DLS）技術則用於測量磁流體中顆粒的 hydrodynamic diameter。 磁學性能錶徵： 振動樣品磁力計（VSM）和超導量子乾涉儀（SQUID）用於測量磁流體的磁化麯綫，獲取飽和磁化強度、矯頑力等關鍵磁學參數。 流變學性能錶徵： 流變儀是研究磁流體在不同磁場強度、溫度和剪切速率下的流變行為的必備儀器。通過流變儀，可以獲得磁流體的粘度、屈服應力、儲能模量和損耗模量等信息。 穩定性評估： 離心機、沉降測試以及長期穩定性觀察是評估磁流體分散穩定性的常用方法。 第三部分：磁流體的應用 磁流體獨特的磁響應和流變特性，使其在眾多高科技領域展現齣巨大的應用潛力。本書的第三部分將係統介紹磁流體在不同領域的具體應用，並對其發展前景進行展望。 密封技術： 磁流體密封是磁流體最成熟、最廣泛的應用之一。本節將詳細介紹磁流體密封的工作原理，即利用強磁場使磁流體在特定空間形成液態密封壁，有效阻止氣體、液體或粉塵的泄漏。我們將分析磁流體密封在真空技術、半導體製造、精密機械等領域的應用，並探討不同類型的磁流體密封結構，如靜態密封、動態密封，以及它們在不同工況下的性能優勢。 阻尼與減震： 磁流體因其可控的粘度和阻尼特性，在阻尼和減震領域具有重要應用。本章將介紹磁流體減震器的工作原理，例如汽車懸掛係統、精密儀器隔震平颱等。我們將探討如何通過調節外部磁場強度來精確控製減震器的阻尼係數，從而實現個性化、自適應的減震效果。 冷卻與散熱： 磁流體的高導熱性以及在磁場作用下的強化對流換熱能力，使其成為一種高效的冷卻介質。本節將介紹磁流體在電子設備散熱、核反應堆冷卻、發動機冷卻等領域的應用。我們將分析磁場如何增強磁流體的對流換熱性能，從而提高散熱效率。 驅動與執行： 磁流體還可以用作微型驅動和執行器。本章將介紹基於磁流體的微泵、微閥、微機器人等。通過外部磁場控製磁流體的流動和形狀變化，可以實現對微流體的精確操控，為微機電係統（MEMS）和生物微流控技術提供新的解決方案。 醫療與生物技術： 磁流體在醫療和生物技術領域也展現齣巨大的潛力。本節將介紹其在藥物輸送、磁共振成像（MRI）造影劑、腫瘤靶嚮治療、細胞分離等方麵的應用。我們將討論磁流體的生物相容性問題，以及如何通過錶麵改性來增強其在生物體內的穩定性和靶嚮性。 其他新興應用： 除瞭上述主要應用領域，本書還將簡要介紹磁流體在光學、聲學、慣性導航、磁流變液（MR fluid）相關應用等新興領域的探索和發展。 結論與展望 本書的最後一章將對磁流體的科學研究和工程應用進行總結，並對未來的發展趨勢進行展望。我們將迴顧當前研究的熱點和挑戰，例如開發更高性能、更環保的磁流體材料，以及探索更廣泛、更創新的應用領域。同時，本書也將強調多學科交叉融閤的重要性，鼓勵讀者在數學、物理、化學、材料科學、工程學等領域進行深入探索，為磁流體技術的進一步發展貢獻力量。 《磁流體：科學、工程與應用》旨在成為一本權威、全麵、實用的參考書，為所有對磁流體這一神奇材料感興趣的讀者提供寶貴的知識財富，並激發他們在這一領域進行創新研究和應用開發的熱情。

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坦率地說，這本書在某些應用案例的選擇上，顯得尤為獨到和具有前瞻性。它並沒有過多糾纏於已經被研究得非常透徹的傳統應用領域，而是將大量的篇幅放在瞭那些尚未完全成熟，但潛力巨大的新興方嚮上。例如，關於利用磁流體在微重力環境下進行精密流體操控的章節，描述瞭在太空探索和先進製造領域可能帶來的革命性突破。作者的論證邏輯嚴密，每一個設想都有堅實的理論基礎支撐，這讓我這個抱持著實用主義態度的讀者也感到由衷的振奮。這種“立足當下，展望未來”的寫作風格，使得閱讀過程充滿瞭期待感，仿佛在跟隨作者的視角，窺見瞭未來十年內該領域可能達到的技術高度。這本書不是簡單地告訴你“是什麼”，而是強有力地指齣“可以成為什麼樣”，這纔是頂尖學術著作的價值所在——它激勵你去創造新的知識，而不是僅僅記憶舊的知識點。

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這本書的敘事結構呈現齣一種獨特的、螺鏇上升的邏輯美感。它並非綫性地從A講到Z，而是在不同的章節中反復迴扣核心概念，每一次迴扣都伴隨著更深層次的剖析和更廣闊的應用場景的拓展。比如，在分析流體在鏇轉磁場中的行為時，作者先給齣瞭基礎的麥剋斯韋方程組的簡化形式，隨後在討論到渦鏇穩定性時，又引齣瞭非綫性動力學的視角，將流體力學、電磁學和混沌理論巧妙地編織在一起。這種多學科交叉的敘述方式，極大地拓寬瞭我的知識邊界。我原本以為這隻是一個關於特定材料體係的專著，但讀到中後段，我發現它實際上提供瞭一套看待復雜係統中能量與物質相互作用的普適性思維框架。作者的文筆流暢而富有節奏感，即便是那些復雜的偏微分方程組，也被他安排在瞭最恰當的位置，作為支撐論點的堅實基石，而不是冷冰冰的裝飾品。這使得閱讀體驗更像是在解一個精心設計的數學謎題，每解開一個環節，都會有豁然開朗的快感。

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這本書的封麵設計簡直是一場視覺盛宴，那種深邃的藍色調與流動的金屬質感完美地融閤在一起，仿佛能透過紙張感受到那種奇特的張力。我拿到書的時候，光是翻閱目錄就被深深吸引住瞭，裏麵的章節標題充滿瞭科學的嚴謹性，但又不失一種探索未知的好奇心。我原以為這會是一本晦澀難懂的專業著作，但讀進去之後纔發現，作者在闡述復雜概念時所用的類比和圖示簡直是神來之筆。比如，在講解介質的非牛頓流體特性時，作者並沒有堆砌枯燥的數學公式，而是通過描述一個在強磁場下“跳舞”的液滴的生動場景，瞬間將抽象的物理原理具象化瞭。這種深入淺齣的講解方式，讓一個非物理專業背景的讀者也能輕鬆跟上思路，領略到這門學科的魅力。特彆是關於磁流體力學中邊界層理論的那一部分，作者巧妙地引入瞭曆史背景，講述瞭早期科學傢是如何一步步攻剋這些難題的，這使得閱讀過程充滿瞭代入感，仿佛我也參與瞭一場跨越時空的科學對話。整本書的排版和印刷質量也無可挑剔，紙張的觸感非常舒適，讓人願意長時間捧讀，沉浸在這片知識的海洋裏。

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從人文關懷的角度來看，這本書也展現齣瞭一種獨特的學者情懷。在介紹某個關鍵理論的誕生曆程時，作者花費瞭相當大的篇幅去描繪那個時代背景下的科學思潮和技術瓶頸。我印象最深的是關於早期“磁性液體”概念被提齣時，科學界所遭受的質疑與冷遇的描述。作者沒有將那些先驅者描繪成神聖不可侵犯的偶像，而是將他們還原成有血有肉、在探索中跌倒又爬起來的普通人。這種對科學史的細緻梳理，使得這本書不僅僅是一本技術手冊，更是一部關於人類求知欲和不懈探索精神的贊歌。通過這些曆史插麯，讀者能感受到，科學的進步從來都不是一蹴而就的坦途，而是充滿瞭反復、爭論和靈感的火花。這種對“過程”的重視，比單純的結論展示，更能激發後輩研究者的熱情，讓我對這個研究領域産生瞭更深層次的認同感和使命感。

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初讀此書，我最大的感受是作者對於實驗細節的把握達到瞭令人咋舌的程度。他仿佛是一位經驗豐富的老教授，站在我身邊，手把手地指導我進行每一個實驗步驟。書中對設備參數的描述細緻入微，從磁場的均勻度要求，到樣品製備過程中的溫度控製，每一個小數點後的數字都顯得至關重要。這對於想要將理論付諸實踐的研究人員來說，簡直是一本不可多得的“操作聖經”。我特彆留意瞭其中關於“簇狀結構形成”的討論，作者不僅給齣瞭現象的觀察報告，還深入分析瞭不同錶麵活性劑濃度下，顆粒間相互作用力的微小變化如何導緻宏觀形態的劇烈差異。這種對微觀世界近乎偏執的關注，充分體現瞭作者的學術功底和嚴謹態度。更令人稱道的是，作者在論述某一特定實驗方法的局限性時，也毫不避諱地指齣瞭其可能存在的誤差來源和改進方嚮，這種坦誠和批判性思維，是很多隻報喜不報憂的教材所缺乏的。讀完相關章節，我感覺自己對實驗室操作的理解提升瞭一個層次，對數據背後的物理意義也有瞭更深刻的體悟。

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