姚昌松　方鴻

如果你曾看過電影《毒液》，想必一定會對電影中充滿科技感的場景印象深刻：不斷流動的“毒液”，就像四處噴涌的黑色觸手，向著指定的方向一直延伸，給人強烈的視覺震撼。

藝術(shù)源于生活。現(xiàn)如今，在現(xiàn)實世界中，有一種和電影中的“毒液”一樣神奇的材料，正受到各國科研人員的廣泛關(guān)注。它們既可以像液體一樣自由流動，又能夠被磁場控制進行定向移動，這就是磁性液體。

磁性液體從科幻走進現(xiàn)實

早在40年前，曾有軍事小說家描繪過一艘人類理想中的完美潛艇，它沒有螺旋槳卻安裝了“履帶系統(tǒng)”，即超導(dǎo)磁性壓水式推進器，可以讓潛艇在高速行進的同時，把噪音降低到幾乎無法偵測的程度，成為名副其實的“深海黑洞”。

40年后，曾經(jīng)的科幻場景正在走進現(xiàn)實。近期，美國國防高級研究計劃局宣布了一項名為海底磁流體動力泵原理的項目。其目的是生產(chǎn)出效率與傳統(tǒng)葉輪泵相當(dāng)、可靠性超過傳統(tǒng)葉輪泵，且噪音極低的新型磁流體動力泵。

磁性液體也稱磁流體，是一種新型的功能材料。磁性液體既具有液體的流動性，又具有固體磁性材料的磁性，就宛如流動的“磁鐵”一樣，是材料科學(xué)領(lǐng)域的新寵，具有廣闊的發(fā)展前景。

制備“帶有磁性的液體”這一思想，最早可以追溯到18世紀40年代，當(dāng)時有科學(xué)家提出構(gòu)想，試圖將鐵屑分散懸浮在水溶液中，盡管最終未有成效，但這一想法開辟了人類對磁性液體制備的先河。

1832年，法拉第首次提出有關(guān)磁流體力學(xué)問題，以流體力學(xué)和電動力學(xué)為基礎(chǔ)，把流場方程和電磁場方程聯(lián)立起來，探索磁流體與電磁感應(yīng)之間的關(guān)系。此后，磁流體力學(xué)作為電磁學(xué)的一個分支迅速發(fā)展。

20世紀60年代初，美國航空航天局在飽受引擎燃燒穩(wěn)定性這一阻礙登月的問題困擾時，機械工程師帕佩爾通過將磁鐵礦放在含有油酸的有機相中進行長時間粉碎，最終成功制備出了穩(wěn)定的鐵磁流體，并在電磁場的幫助下泵送了火箭燃料，實現(xiàn)了磁液制備技術(shù)的重大突破。

此后，世界各國對磁性液體的研究相繼展開。美國涌現(xiàn)了一批專門研究磁性液體性質(zhì)及應(yīng)用的企業(yè)，蘇聯(lián)、日本、英國、法國等對磁性液體的研究亦如火如荼。

磁性液體及其相關(guān)技術(shù)的問世，為各個行業(yè)的發(fā)展都帶來了全新的可能，為多領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新提供了廣闊的發(fā)展舞臺。

材料領(lǐng)域的未來新秀

磁性液體主要由磁性顆粒、基載液和表面活性劑三部分組成，簡單來說，就是由納米磁性顆粒分散在液體介質(zhì)中形成的特殊材料。磁性液體作為一種流體，其運動遵循流體動力學(xué)的規(guī)律。同時，作為一類磁性物質(zhì)，其磁性能遵循電磁學(xué)規(guī)律，可通過磁場對其進行控制，因此具有許多獨特的電磁學(xué)和力學(xué)特性。

磁性顆粒是組成磁流體的最基本材料。這些磁性顆粒通常由鐵氧體、鎳或鈷等材料制成。當(dāng)外加磁場時，這些顆粒會按照磁場的方向進行有序排列，使得整個液體表現(xiàn)出類似磁性固體的行為。

基載液是磁流體中體積比例最大的組成部分，同時，表面活性劑的一端與基載液有較高親和性，一端可以化學(xué)吸附在磁性顆粒表面，從而可以使磁性顆粒在布朗運動作用下，借助表面活性劑的分散作用，懸浮在基載液中，再通過超聲分散、機械分散等方式，形成磁性穩(wěn)定的液體。這種液體對磁場有明顯反應(yīng)，即使在重力作用下也不會發(fā)生聚沉。

近些年，隨著材料科學(xué)的突飛猛進，磁性液體相關(guān)技術(shù)也在不斷發(fā)展。其中，磁性液體密封技術(shù)作為一種全新的高科技密封手段，受到了廣泛關(guān)注。當(dāng)磁性液體被置于一個磁場中時，磁性顆粒在磁力線的作用下會排列成鏈條狀結(jié)構(gòu)，這些鏈條沿著磁力線的方向排列，就形成了一個動態(tài)的密封屏障，能夠吸附在磁性材料的表面上，進而創(chuàng)建一個靈活的“液態(tài)磁”密封層。

由于其獨特的密封方式，磁性液體密封系統(tǒng)可以在很寬的溫度范圍和壓力條件下工作。由于是液體的狀態(tài)，它幾乎不受摩擦影響，從而減少了磨損，延長了設(shè)備的使用壽命。

當(dāng)前，磁性液體已應(yīng)用于機械、電子、航空航天等領(lǐng)域，且在生物醫(yī)藥、化工、環(huán)保、醫(yī)療等多個領(lǐng)域也展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力——

在醫(yī)療領(lǐng)域，磁性液體成為治療重癥疾病的手段之一，用來向病變細胞進行靶向非侵入式的藥物運輸。

在環(huán)保領(lǐng)域，磁性液體被用來分離高純尼龍、聚酯等密度不同的塑料，精細化處理廢物垃圾。

在機械加工領(lǐng)域，磁流體拋光技術(shù)日益成熟，該技術(shù)通過磁場的控制，使磁流體內(nèi)部的納米顆粒與拋光面進行相互摩擦接觸，實現(xiàn)精細加工拋光。

對于通信系統(tǒng)來說，諸如基站天線或移動通信設(shè)備這類通信設(shè)備經(jīng)常置于室外，需長時間經(jīng)受風(fēng)吹、雨打、塵侵等自然或人為的惡劣條件影響。磁性液體密封技術(shù)能夠保護敏感的電子組件免受這些侵害，即使在極端溫度變化中也能保持原有功能，確保設(shè)備穩(wěn)定運行。

未來戰(zhàn)場的賦能利器

隨著磁性液體技術(shù)特別是密封技術(shù)的快速發(fā)展，其越來越被視作軍事裝備和武器系統(tǒng)中的一項關(guān)鍵技術(shù)。磁性液體的“神奇”功能為軍事領(lǐng)域的材料應(yīng)用提供了更為豐富的變化形式，成為未來戰(zhàn)場上的賦能利器。

對于通信系統(tǒng)來說，諸如基站天線或移動通信設(shè)備這類通信設(shè)備經(jīng)常置于室外，需長時間經(jīng)受風(fēng)吹、雨打、塵侵等自然或人為的惡劣條件影響。磁性液體密封技術(shù)能夠保護敏感的電子組件免受這些侵害，即使在極端溫度變化中也能保持原有功能，確保設(shè)備穩(wěn)定運行。

此外，在當(dāng)前高度電子化的戰(zhàn)場上，保護設(shè)備免受電磁干擾的影響至關(guān)重要。磁性液體密封技術(shù)能夠提供電磁屏蔽的附加效益，有助于減少系統(tǒng)對電磁干擾的敏感性，提高通信設(shè)備的可靠性和安全性。

在衛(wèi)星和空間探測器中，磁性液體常見于一些動態(tài)密封場合。由于衛(wèi)星、探測器上的反應(yīng)輪、陀螺儀和其他旋轉(zhuǎn)接口在維持密封的同時要允許部分移動或旋轉(zhuǎn)，因此對材料的要求更高。而太空環(huán)境基本為高真空狀態(tài)，傳統(tǒng)的密封液體如油和脂肪，在真空條件下會迅速蒸發(fā)或分解，從而失去密封效用。磁性液體在這種環(huán)境下能夠憑借其納米級的鐵磁性顆粒懸浮于合成油或水等載體中，保持其形態(tài)和功能，不會蒸發(fā)或分解，進而保持部件的密封狀態(tài)，既減少了因摩擦導(dǎo)致的能量損失，又減少了部件的磨損，延長設(shè)備的使用壽命。

不僅如此，磁性液體密封技術(shù)也可以用于衛(wèi)星的燃料供給系統(tǒng)，確保高能推進劑不會泄漏到太空環(huán)境中，同時也能防止內(nèi)部氣壓在衛(wèi)星發(fā)射時的劇烈運動中發(fā)生危險。

在地面裝甲車輛中，磁性液體通常用于保護傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和敏感的電子設(shè)備。這些應(yīng)用要求裝備不僅能防止液體和氣體的泄漏，還能抵御來自外界的污染物。特別是在戰(zhàn)場上，當(dāng)裝備受到多種沖擊和損傷時，由于磁性液體自修復(fù)的特性，在遭受小規(guī)模破壞時，其磁性顆?？梢栽诖艌龅淖饔孟轮匦屡帕?，填補密封缺口。這樣的自修復(fù)功能，不僅可以減少保障消耗，還有利于快速作戰(zhàn)。

變速箱作為裝甲車輛中的一個關(guān)鍵組件，需要精確密封來保持潤滑油的純凈度和防止有害物質(zhì)的侵入。磁性液體能夠在變速箱的旋轉(zhuǎn)軸處形成一個動態(tài)的密封屏障，該屏障能夠在軸旋轉(zhuǎn)時保持穩(wěn)定，防止油液泄漏，同時排除小顆粒或塵土的入侵。此外，裝甲車輛上高精度的電子設(shè)備對環(huán)境的污染極其敏感，尤其是在電子戰(zhàn)或信息化作戰(zhàn)中，磁性液體密封技術(shù)能夠為這些設(shè)備提供一個安全的保護殼，免受化學(xué)污染物的侵蝕，保障設(shè)備正常運轉(zhuǎn)。

當(dāng)前，磁性液體的全部價值還沒有被完全發(fā)掘，有著巨大的應(yīng)用空間和發(fā)展?jié)摿Α１热?，隨著物聯(lián)網(wǎng)和智能設(shè)備的普及，磁性液體在傳感器等領(lǐng)域也將大有可為，可以用于提高設(shè)備的靈敏度和響應(yīng)速度，等等。隨著研究的進一步深入和技術(shù)的逐漸成熟，磁性液體無疑會成為未來軍事科技創(chuàng)新的重要推動力量。

◎ 來源|解放軍報