岁末年终，很多汽车厂商正在陆续发布 2023 年的销量成绩单。稍早之前的 2023 年 11 月 12 日，乘联会秘书长发文称：“（2023）全年预计汽车销量达到 2950 万辆，创历史新高。”另据公安部交通管理局统计，目前全国机动车驾驶人数量达 5.2 亿人，2023 年前三季度新领证（含增驾）驾驶人 2485 万人。毋庸置疑，汽车正在成为中国人的“标配”。而对于汽车来说，减振系统可以缓解路面带来的冲击。对于汽车减振系统来说，阻尼器则是其中一个必不可少的零件。传统阻尼器一般采用液压式设计或电磁阀式设计。相比之下，磁流变阻尼器有着更快的响应速度、以及更大的阻尼变化范围，故能实现更好的减振效果。在无人驾驶技术的加持之下，磁流变阻尼器很有希望成为未来交通工具的标准配置。同时，磁流变技术——也是目前已知的响应速度最快、并且可以实现量产化的汽车减振技术解决方案。而一款综合性能良好的磁流变液，则是磁流变阻尼器能否发挥最大性能的基础。基于此，大连理工大学材料科学与工程学院教授、教授及其所在团队，造出一款一种低成本、高性能的磁流变液。（来源：Advanced Functional Materials）同时，他们还提出一种新型纳米颗粒体系，假如这种体系能被发展得更加完善，就能造出以下一代新型磁流变液为基础的颗粒体系，从而服务于需要屈服强度更高、沉降性能更稳定的磁流变液行业。通过颗粒体系的改变，他们让磁流变液在剪切屈服强度、沉降稳定性、零场粘度等三方面，获得了较为理想的平衡，并且具备批量化生产的潜力。日前，相关论文以《平衡魔鬼三角：综合性能令人满意的跨尺度颗粒磁流变流体》（）为题发在 Advanced Functional Materials 上，杜天翔是第一作者，教授和教授担任共同通讯作者。图 | 相关论文（来源：Advanced Functional Materials）磁流变液的三大瓶颈
事实上，早在 2002 年就有学者提出微纳双分散体系磁流变液的概念，并将其用于改善磁流变液的沉降稳定性。其一，此前已被报道的微纳双分散体系中的纳米颗粒，大多采用低饱和磁化强度的颗粒，导致所制备的磁流变液虽然抗沉降性能得到了一定提高，但剪切屈服强度的提升效果不是很理想。其二，之前人们在引入纳米颗粒的时候，大多采用直接掺杂到已有微米颗粒体系之中的方法，即在微米颗粒含量确定的时候，向其中加入一定量的纳米颗粒来改善性能。这种做法会增加颗粒的总质量，导致磁流变液零场的粘度变大，不仅会让磁流变液的相对调节范围变小，也会导致灌注阻尼器时的困难。其三，由于该类研究一般面向实际生产，因此纳米颗粒制备方法的选择极为重要。此前，人们在制备磁性纳米颗粒时主要采用化学法，而对于实际落地来说，这种方法很难实现规模化的生产。针对第一个问题，他们采用了高饱和磁化强度纳米颗粒的做法，尽可能地弥补引入纳米颗粒所带来的剪切屈服强度上的损失。针对第二个问题，他们在维持颗粒总含量不变的前提下，使用纳米颗粒部分地取代微米颗粒，以便尽可能地降低纳米颗粒的引入，从而避免零场粘度增加的现象。针对第三个问题，他们采用直流电弧等离子体的方法来制备纳米颗粒。之所以采用这种方法，是因此本次研究的出发点旨在瞄准磁流变液的应用。因此要从制备方法的效率、制备产物的性能等方面加以考虑。据介绍，这种方法基于直流电弧放电产生的高温等离子体使原材料蒸发分解成气态原子，并与电离的活性气体重新结合、冷却形成纳米颗粒。这种方法具备纯度高、产量大的优势，故能实现磁性纳米颗粒的批量化制备，也让本次微纳双分散体系磁流变液具备批量化生产的潜力。（来源：Advanced Functional Materials）“微小粉体随着微光飘散”
首先是材料的确定，之前该团队曾经尝试过制备铁纳米颗粒，但在当时颗粒的粒径过小，饱和磁化强度过低，矫顽力过大，并不适用于磁流变液。因此，他们在材料选择上加以慎重考虑，并认为只有选择饱和磁化强度最高的材料，才能从本质上提高磁流变液的性能。最终，他们选择了具有高饱和磁化强度的铁钴合金作为原料。在造出铁钴纳米颗粒之后，他们发现这种颗粒的矫顽力过大，而这正是颗粒达到纳米尺寸之后所带来的问题。这一问题的发生，进而会给磁流变液性能的重现性和稳定性带来负面影响。于是，他们开始思考如何降低颗粒存在的矫顽力。经过调研他们发现，消除金属块体或薄膜材料内应力的办法有很多。其中最容易实现的操作，就是在惰性气体的保护之下进行低温退火。综合考虑制备效率、操作复杂程度等因素之后，他们发现这也是最为合理的做法。通过此，他们获得一种铁钴纳米颗粒，这种颗粒具备高饱和的磁化强度、较低的矫顽力、以及较低的剩磁。随后，他们发现这种微纳双分散体系，可以很好地改善磁流变液的屈服强度和沉降稳定性。但是，零场粘度也会出现大幅的增加。于是，他们采用高性能的纳米颗粒，部分地取代微米颗粒，从而让磁流变液的综合性能得以改善。在制备纳米颗粒之前，当他们向厂家采购原材料的时候，厂家表示一般对外都是以吨为单位销售。说：“轮到我们这，告知他们只打算采购一千克，商家听后很震惊，以为我们在开玩笑。最后协商了好久，我们才以科研为目的成功说服他们，买到这一千克的原材料。”而在制备纳米颗粒的时候，需要对块体材料进行打磨和抛光，然后再进行迅速转移到设备中进行抽真空操作。这些步骤都是为了防止块体材料的氧化，以便获得更好的颗粒性能。打磨中，金属块与砂轮机之间的摩擦会飞溅大量的火花，最远可以飞溅到一米左右，并且飞溅得比较密集。“这个场景看起来非常壮观。另外在等离子体设备炉中打粉时，微小粉体伴随着微光飘散的场景也让人非常难忘。”说。而在未来他们会继续尝试其他高性能颗粒。要想实现实际应用，就必须得降低成本，因此他们希望获得一种低价格、高性能的磁流变液。表示：“毕竟纳米粉体从价格上来说有些贵，如何将这种体系更加普适化，是我们未来需要重点去研究的。”具体来说他们将从调节颗粒的成分、尺寸方面出发。另外，当颗粒体系从单分散变成双分散后，对应载液和添加剂的组成也需要相应调整。而本次研究主要针对双分散体系确定一个颗粒含量指标，但是磁流变液颗粒与液相体系的相互作用，也是一个待解决的关键问题。当颗粒被纳米化之后，往往会与微米级颗粒呈现较为明显的差异，比如比表面积、密度等参数都会存在较大不同。因此，他们将针对载液和添加剂开展进一步的研究，以便适应微纳双分散体系。如前所述，非常注重成果的落地。目前，他主要负责大连理工大学材料科学与工程学院的科研工作。其表示：“高校的科研工作需要和企业紧密合作，也应该关注解决企业生产中面临的实际问题。许多工程问题往往不是一两个技术突破就能解决的，而是需要多项技术的整合。”因此，他的主要工作内容便是与企业联络，协助将学院老师们的科研成果与企业的需求对接。同时，帮助学院的老师们组成项目团队，围绕国家的重大需求开展有组织的科研。
1.Du, T., Zhao, P., Liu, Y., Ma, N., Dong, X., & Huang, H. (2023). Balanced Devil Triangle: A Satisfactory Comprehensive Performance Magnetorheological Fluids with Cross‐Scale Particles.Advanced Functional Materials, 2311254.
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