KR102564042B1 - High performance magnetorheological fluids having magnetic anisotropic particle and preparation method threreof - Google Patents

High performance magnetorheological fluids having magnetic anisotropic particle and preparation method threreof Download PDF

Info

Publication number
KR102564042B1
KR102564042B1 KR1020210186635A KR20210186635A KR102564042B1 KR 102564042 B1 KR102564042 B1 KR 102564042B1 KR 1020210186635 A KR1020210186635 A KR 1020210186635A KR 20210186635 A KR20210186635 A KR 20210186635A KR 102564042 B1 KR102564042 B1 KR 102564042B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
particles
magnetic
magnetic particles
fluid
iron
Prior art date
Application number
KR1020210186635A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20230096775A (en
Inventor
서용석
Original Assignee
서울대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울대학교산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
Priority to KR1020210186635A priority Critical patent/KR102564042B1/en
Publication of KR20230096775A publication Critical patent/KR20230096775A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102564042B1 publication Critical patent/KR102564042B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/44Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of magnetic liquids, e.g. ferrofluids
    • H01F1/442Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of magnetic liquids, e.g. ferrofluids the magnetic component being a metal or alloy, e.g. Fe

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)

Abstract

본원 발명의 자기유변체는 강자성입자를 판형으로 압착함으로써, 낮은 자기장 강도에서 입자의 자기 모멘트의 급격한 상승을 일으키는 자기 형상 이방성 효과를 이용하여 현탁액의 높은 항복 응력을 얻으며, 동시에 판상형 입자에서 비롯되는 안정성 증가로 인하여 현탁입자의 침강속도를 현저히 줄여서 자기유변체 현탁액의 안정성을 현저히 향상시킬 수 있다. 그리고 이 강자성 입자 표면에 다른 강자성 나노입자를 붙임으로써 시너지효과에 의한 자기유변체의 특성을 더욱 강화하고 동시에 표면 거칠기가 높아짐으로써 현탁액의 안정성 또한 우수한 자기유변체를 제조하는 것을 특징으로 한다 본원 발명에 따른 자기유변체의 자기장에 대한 응답속도는 미리초(10-3초) 수준으로 매우 빠르고 가역적인 동시에 안정성이 크게 향상되므로 자기유변유체를 이용하는 각종 서스펜션, 클러치, 댐퍼 및 내진장치, 전동제어장치 포함하는 충격완화장치, 헵틱장비, 그리고 표면정화장비개발에 널리 활용할 수 있다. 또한, 이들 자기유변체는 대부분 전도성 금속들이므로 자기유변유체보다는 매우 낮은 함유량으로써 외부전기장에 강하게 반응하는 전기유변유체로도 이용할 수 있다.The magnetorheological of the present invention compresses ferromagnetic particles into a plate shape, thereby obtaining a high yield stress of the suspension by using the magnetic shape anisotropy effect, which causes a rapid rise in the magnetic moment of the particles at low magnetic field strength, and at the same time, the stability resulting from the plate-shaped particles. Due to the increase, the sedimentation rate of the suspended particles can be remarkably reduced, thereby significantly improving the stability of the magnetorheological suspension. In addition, by attaching other ferromagnetic nanoparticles to the surface of the ferromagnetic particles, the properties of the magnetorheological by synergistic effect are further strengthened, and at the same time, the surface roughness is increased, thereby producing a magnetorheological with excellent suspension stability. Since the response speed of the magnetorheological fluid to the magnetic field is very fast and reversible at the level of milliseconds (10 -3 seconds), and the stability is greatly improved, various suspensions, clutches, dampers and earthquake-resistant devices using magnetorheological fluids, and electric control devices are included. It can be widely used in the development of shock mitigation devices, haptic devices, and surface cleaning devices. In addition, since most of these magnetorheological fluids are conductive metals, they can be used as electrorheological fluids that react strongly to an external electric field with a much lower content than magnetorheological fluids.

Description

자기 이방성을 가지는 자성 입자를 이용한 고성능 자기유변유체 및 이의 제조방법{High performance magnetorheological fluids having magnetic anisotropic particle and preparation method threreof}High performance magnetorheological fluids having magnetic anisotropic particle and preparation method threreof

본원 발명은 판상형 자성 입자의 표면에 강자성 나노입자가 부착된 자기 이방성을 가지는 자성 입자; 및 상기 자기 이방성을 가지는 자성 입자가 유체 내에 5 내지 50 부피%로 분산되는 것을 특징으로 하는 자기유변유체에 대한 것이다.The present invention relates to magnetic particles having magnetic anisotropy in which ferromagnetic nanoparticles are attached to the surface of plate-shaped magnetic particles; And to a magnetorheological fluid, characterized in that the magnetic particles having magnetic anisotropy are dispersed in the fluid at 5 to 50% by volume.

보다 구체적으로는 자성 입자를 미세 단조 공정을 이용하여 판상형 자성 입자를 형성하는 자성 입자 판상화 공정; 상기 판상형 자성 입자의 표면에 강자성 나노입자를 부착하는 나노 입자 부착 공정; 및 표면에 강자성 나노입자가 부착된 자기 이방성을 가지는 자성 유체를 유체에 분산시키는 단계를 포함하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기유변유체의 제조방법 및 이의 용도에 대한 것이다.More specifically, a magnetic particle plate-shaped process of forming plate-shaped magnetic particles using a fine forging process of magnetic particles; a nanoparticle attachment step of attaching ferromagnetic nanoparticles to the surface of the plate-shaped magnetic particles; and dispersing a magnetic fluid having magnetic anisotropy on the surface of which ferromagnetic nanoparticles are attached to the fluid.

자기유변유체(magnetorheological fluids)는 자기장의 변화에 대응하여 가역적으로 점도의 조절이 가능한 스마트지능재료(smart intelligent material)의 하나이다. 자기유변유체는 지름이 0.1㎛ 보다 큰 강자성, 상자성 입자가 오일 미디움(oil medium) 내에 분산된 현탁액이며, 외부의 자기장이 가해지면 입자의 내부와 표면에 분극현상(polarization)에 의해서 입자들이 배열하고 섬유구조(fibril structure)를 형성하고(도 1(b) 참조), 이 섬유형태의 응집체가 현탁액의 점도를 짧은 시간 내에(10밀리초 이내) 급격히 향상시켜 유체의 흐름을 방해하는 역할을 한다. 이렇게 증가된 점도로 인하여 외부응력에 대하여 현탁액이 고체처럼 저항하다 외부응력이 커지면 흐름이 일어나게 되고 이때의 응력을 항복응력(yield stress)이라 한다.Magnetorheological fluids are one of smart intelligent materials that can reversibly control viscosity in response to changes in magnetic field. Magnetorheological fluid is a suspension in which ferromagnetic and paramagnetic particles with a diameter greater than 0.1 μm are dispersed in an oil medium, and when an external magnetic field is applied, the particles are arranged by polarization on the inside and surface of the particles. A fibril structure is formed (see FIG. 1(b)), and the fibrous aggregate rapidly improves the viscosity of the suspension in a short time (within 10 milliseconds) to impede the flow of the fluid. Due to this increased viscosity, the suspension resists external stress like a solid, and when the external stress increases, flow occurs, and the stress at this time is called yield stress.

일반적으로 자기유변유체의 성능은 항복응력의 크기로 결정되며 이 항복응력은 자기장의 세기에 따라 증가하고, 가해진 전단응력(shear stress)이 유체의 항복응력보다 커지면 유체가 흐르게 될 뿐만 아니라 적용된 자기장을 끊어주면 현탁액은 섬유상의 응집된 상태에서 즉시 액체와 같은 상태로 돌아가게 된다(도 1(a) 참조). 이러한 자기장의 변화에 대한 자기유변유체의 응답속도는 미리초(10-3초) 수준으로 매우 빠르며, 가역적이어서 자기유변유체는 스마트재료에 속하며, 클러치, 엔진마운트, 진동제어장치, 고층건물 내진 장치, 로보틱 시스템(robotic system), 현탁액 및 의공학 등에 응용될 수 있다.In general, the performance of a magnetorheological fluid is determined by the magnitude of the yield stress, and the yield stress increases with the strength of the magnetic field. When cut off, the suspension immediately returns to a liquid-like state from a fibrous coagulated state (see FIG. 1(a)). The response speed of magnetorheological fluid to this change in magnetic field is very fast at the level of milliseconds (10-3 seconds) and is reversible, so magnetorheological fluid belongs to smart materials, clutch, engine mount, vibration control device, high-rise building earthquake-proof device , robotic systems, suspensions, and biomedical engineering.

이와 관련된 종래기술로 대한민국 공개특허공보 10-2016-0011276호에서 밝힌 바와 같이 승용차, 트럭 등 운송수단에 사용되는 현탁액, 댐퍼(damper), 브레이크(brake)등의 여러 충격완화장치에 사용되는 효울적인 자기유변유체를 제조하기 위하여, 무엇보다도 높은 항복응력(yield stress)을 가지는 자기유변유체의 제조가 필수적이며, 이를 위하여 자성입자의 부피분율을 높이거나 또는 강한 자기장을 부과하는 방법이 사용될 수 있다. 그러나, 일반적으로 자성입자의 부피분율을 높일 경우 장비의 하중 및 구동전력 소모를 증가시키고, 강한 자기장을 부과할 경우 자기장 무부하시의 점도를 증가시키는 단점을 안고 있기 때문에 바람직하지 않으므로, 이러한 단점을 해결하기 위한 자기유변유체를 개발하고, 이를 효과적으로 적용하기 위한 노력이 계속되고 있다.As a prior art related to this, as disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2016-0011276, efficient In order to manufacture a magnetorheological fluid, above all, it is essential to manufacture a magnetorheological fluid having a high yield stress, and for this purpose, a method of increasing the volume fraction of magnetic particles or applying a strong magnetic field may be used. However, in general, when the volume fraction of magnetic particles is increased, the load and driving power consumption of the equipment are increased, and when a strong magnetic field is applied, the viscosity is increased when the magnetic field is not loaded, which is undesirable. Efforts are being made to develop magnetorheological fluids for this purpose and to apply them effectively.

이와 관련하여 종래기술로 미국 등록특허공보 제2,575,360호에서는 클러치와 브레이크에서 사용될 수 있는 토크 변환장치를 예시하고 있고, 이 장비에 사용될 수 있는 자기유변유체의 조성으로 자성입자(carbonyl iron)가 경윤활유(light lubricant oil)에 50%의 부피분율로 분산되어있는 유체를 개시하고 있다. In this regard, U.S. Patent Registration No. 2,575,360 as prior art exemplifies a torque converter that can be used in clutches and brakes, and magnetic particles (carbonyl iron) as a composition of magnetorheological fluid that can be used in this equipment are light lubricants. (light lubricant oil) is disclosed as a fluid dispersed in a volume fraction of 50%.

또한, 한국 공개특허공보 10-2016-0011276호에서는 강자성입자를 고분자로 둘러싸서 다층구조입자를 형성하게 하고 이 다층구조입자가 발포공정을 거침으로써 다공성을 갖게 되어 밀도를 줄이게 되고 안정성이 증가되어 침강속도를 현저히 줄일 수 있게 하였다. 그러나 이 경우 비자성물질인 고분자로 자성입자를 둘러쌈으로써 입자간 거리가 증가하게 되어 자기유변체의 항복응력저하가 일어나는 단점 또한 존재하게 된다. In addition, Korean Patent Laid-open Publication No. 10-2016-0011276 surrounds ferromagnetic particles with polymers to form multi-layer structured particles, and by undergoing a foaming process, the multi-layer structured particles have porosity, thereby reducing density, increasing stability, and settling speed was significantly reduced. However, in this case, the distance between the particles is increased by surrounding the magnetic particles with a polymer, which is a non-magnetic material, and there is also a disadvantage in that the yield stress of the magnetorheological is lowered.

한편, 자기유변유체의 실제 응용시에 중요한 인자 중 하나는 중력에 의한 입자의 침전으로 인하여 자기유변학적 거동이 큰 영향을 받는다는 점이다. 이러한 침전의 주요한 원인은 철자성입자 (밀도 7.86g/cm3)와 연속상(silicon oil의 경우 밀도 0.95g/cm3)사이의 밀도의 차이에서 기인하며 이는 자기유변유체의 안정성 저하로 이어진다. 이러한 단점을 극복하기 위하여, 미국 등록특허공보 제5,043,070호에서는 2가지층의 계면활성제를 코팅한 자성입자를 사용하여 자기유변유체의 안정화를 시도하였으나 효과는 만족스러운 수준에 이르지 못하였다. On the other hand, one of the important factors in the actual application of magnetorheological fluids is that magnetorheological behavior is greatly affected by the sedimentation of particles by gravity. The main cause of this precipitation is due to the difference in density between the ferromagnetic particles (density of 7.86g/cm 3 ) and the continuous phase (density of 0.95g/cm 3 in the case of silicon oil), which leads to a decrease in the stability of the magnetorheological fluid. In order to overcome these disadvantages, US Patent Registration No. 5,043,070 attempted to stabilize the magnetorheological fluid using magnetic particles coated with two layers of surfactants, but the effect did not reach a satisfactory level.

또한, 미국 등록특허공보 제 5,645,752호에서는 자기유변유체에 전단엷음첨가제를 혼합하여, 수소결합을 위한 틱소트로픽 가교(network)를 유도함으로써 자성입자의 침전을 최소화 하려고 시도하였으나, 역시 뚜렷한 안정성의 증가를 나타내지 못하였다.In addition, in US Patent Publication No. 5,645,752, an attempt was made to minimize precipitation of magnetic particles by mixing a shear thinning additive with magnetorheological fluid to induce thixotropic crosslinking (network) for hydrogen bonding, but also a significant increase in stability failed to show

최근 효과적인 핵외피구조 입자 제조 방법으로 부각된 피커링(Pickering) 에멀젼 공정은(Langmuir 2018, 34, 2807-2814.) 고체 입자를 계면활성제로 활용하기 위한 방법으로서 새로운 자기유변체입자 제조기법으로 활발히 연구되었다. 나노미터 크기의 고체입자는 계면 에너지를 줄이기 위하여 계면에 위치한다는 사실을 이용하여, 나노자성입자를 유화 중합시 첨가하면 코어(폴리머)-쉘(고체 계면활성제) 입자가 얻어지게 되고, 코어가 폴리머로 구성되어 있기 때문에 이러한 코어(폴리머)-쉘(자성 입자) 입자는 밀도가 낮아 현탁액의 밀도 불일치를 줄여 안정성을 향상시킨다. 그러나 폴리머 코어의 표면에 존재하는 자성 입자의 비율은 극히 적기 때문에 순수 자성 입자의 현탁액에 비해 현탁액의 자기유변성능이 열등(즉, 더 낮은 항복 응력을 보인다)한 단점이 존재하게 된다. 따라서, 안정성이 향상되며 고성능의 자기유변유체를 개발하여야 할 필요성이 끊임없이 대두되었다. Recently, the Pickering emulsion process, which has emerged as an effective method for manufacturing nuclear envelope structure particles (Langmuir 2018, 34, 2807-2814.), is actively researched as a new magnetorheological particle manufacturing technique as a method for using solid particles as a surfactant. It became. Using the fact that nanometer-sized solid particles are located at the interface to reduce interface energy, when nanomagnetic particles are added during emulsion polymerization, core (polymer)-shell (solid surfactant) particles are obtained, and the core is a polymer Since these core (polymer)-shell (magnetic particles) particles have a low density, they reduce the density mismatch of the suspension and improve stability. However, since the ratio of magnetic particles present on the surface of the polymer core is extremely small, the magnetorheological property of the suspension is inferior to that of pure magnetic particle suspension (that is, shows a lower yield stress). Therefore, the need to develop a magnetorheological fluid with improved stability and high performance has been constantly emerging.

대한민국 공개특허공보 제10-2016-0011276호.Republic of Korea Patent Publication No. 10-2016-0011276. 미국 등록특허공보 제2,575,360호U.S. Patent Registration No. 2,575,360 미국 등록특허공보 제5,043,070호U.S. Patent Registration No. 5,043,070 미국 등록특허공보 제5,645,752호U.S. Patent Registration No. 5,645,752

S. Han, J. Choi, Y. P. Seo, I. Park, H. J. Choi, Y. Seo, Langmuir 2018, 34, 2807-2814.S. Han, J. Choi, Y. P. Seo, I. Park, H. J. Choi, Y. Seo, Langmuir 2018, 34, 2807-2814.

본원 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 개발된 것으로, 자성입자의 부피분율을 높이지 않으면서도 높은 항복응력(yield stress)을 가지는 자기유변유체를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention was developed to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a magnetorheological fluid having a high yield stress without increasing the volume fraction of magnetic particles.

또한, 중력에 의한 입자의 침전 문제로 인한 자기유변유체의 안정성 저하를 개선한 안정성이 향상된 고성능의 자기유변유체를 제공하고자 한다.In addition, it is intended to provide a high-performance magnetorheological fluid with improved stability that improves the stability degradation of the magnetorheological fluid due to the sedimentation problem of particles due to gravity.

또한, 전기장하에서 반응하는 전기유변유체를 제공하고자 한다.In addition, it is intended to provide an electrorheological fluid that reacts under an electric field.

본원 발명에서는 상기 과제를 해결하기 위하여 자성입자를 미세단조공정을 통하여 판상으로 만들고, 이때의 판상구조가 가지는 형상 이방성효과(적용된 자기장의 방향에 대한 자기특성의존성)를 이용하였다. 이러한 효과는 자기 이방성 (magnetic anisotropy)이라고도 하며 선호하는 결정학적 방향을 따라 정렬되는 자화의 경향을 나타내는 고유 결정 이방성(intrinsic crystalline anisotropy)과는 다른 현상이다. 형상 이방성은 처리 방법에 따라, 비등방성 입자의 경우 자화가 용이한 축 방향으로(더 변형된 방향: 판상입자의 경우 면 방향과 평행인 방향)으로 더 쉽게 자화될 수 있다. 그런 다음 이런 형상 이방성 효과를 이용하면 낮은 자장으로도 자성 재료의 자기유변 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. In the present invention, in order to solve the above problems, magnetic particles are made into a plate shape through a micro forging process, and the shape anisotropy effect (magnetic property dependence on the direction of the applied magnetic field) of the plate structure at this time is used. This effect is also called magnetic anisotropy and is different from intrinsic crystalline anisotropy, which describes the tendency of magnetization to align along a preferred crystallographic direction. Depending on the processing method, shape anisotropy can be more easily magnetized in an axial direction in which magnetization is easier in the case of anisotropic particles (a more deformed direction: a direction parallel to the plane direction in the case of plate-shaped particles). Then, by using this shape anisotropy effect, the magnetorheological performance of the magnetic material can be further improved even with a low magnetic field.

또한, 입자의 마찰저항력 계수는 모양과 표면 거칠기 모두에 의존하기 때문에 입자의 기하학적 모양을 이용하여 현탁액의 안정성을 개선하고자 한다. 자기유변 유체에 대한 대부분의 이전 연구는 유체의 장기 안정성을 향상시키기 위해 자성 입자에 대한 합성 경로를 개발하는 데 중점을 두었고 대조적으로 입자형상에 초점을 맞춘 연구 형태는 덜 개발되었다. 이는 적절한 크기, 즉 침전을 방지할 만큼 충분히 작지만, 열 운동을 극복하기에 충분한 자기력을 달성하는 알맞게 큰 비구형 입자가 많지 않았기 때문이다. 즉, 본원 발명에서는 입자 형상과 자기 형상의 이방성을 이용하여 고성능을 유지하면서 보다 안정적인 자기유변 현탁액을 제조하고자 하는 것이다. In addition, since the coefficient of frictional resistance of the particles depends on both the shape and the surface roughness, the stability of the suspension is improved by using the geometrical shape of the particles. Most previous studies on magnetorheological fluids have focused on developing synthetic routes for magnetic particles to improve the long-term stability of fluids, in contrast, research forms focusing on particle shape have been less developed. This is because there are not many non-spherical particles of the appropriate size, i.e. small enough to prevent settling, but sufficiently large to achieve a magnetic force sufficient to overcome thermal motion. That is, in the present invention, it is intended to prepare a more stable magnetorheological suspension while maintaining high performance by using the anisotropy of the particle shape and the magnetic shape.

또한, 본 발명에서는 전술한 형상 이방성 입자의 표면에 마이크로미터 크기나 그 이하인 나노미터 크기로 제조된 다른 강자성입자를 부착하여 강자성입자간의 시너지효과를 이용하여 성능이 향상됨과 동시에 표면거칠기의 증가로 인한 유체저항성을 증가시킴으로써 현탁액 입자의 침강안정성을 증가시켜서 자기유변성능과 안정성이 동시에 향상되는 자기유변 현탁액을 제공하고자 한다.In addition, in the present invention, by attaching other ferromagnetic particles manufactured in a micrometer size or smaller nanometer size to the surface of the shape anisotropic particle described above, the performance is improved by using the synergistic effect between the ferromagnetic particles, and at the same time, the increase in surface roughness It is intended to provide a magnetorheological suspension in which magnetorheological performance and stability are simultaneously improved by increasing the sedimentation stability of suspension particles by increasing fluid resistance.

또한, 본 발명에서 이들 고성능 자기유변유체입자들은 대부분 전도성 입자들이므로 함량을 훨씬 적게 하여, 전기적 쇼트가 안 일어나는 범위이내에서 다른 절연입자와 혼합하여 전기장하에서 반응하는 전기유변체를 제공하고자 한다.In addition, in the present invention, since most of the high-performance magnetorheological fluid particles are conductive particles, the content is much smaller and mixed with other insulating particles within a range in which an electrical short does not occur to provide an electric fluid that reacts under an electric field.

본원 발명에 따라 제조된 형상 이방성 입자는 낮은 자기소거 인자(demagnetization factor)로 인하여 낮은 자기장하에서 장축방향으로(판상입자의 평면방향) 입자 자기 모멘트의 급격한 증가를 유도함으로써 현탁액의 높은 항복 응력을 유발한다. The shape anisotropic particles prepared according to the present invention induce a rapid increase in the particle magnetic moment in the long axis direction (in the plane direction of the plate-like particles) under a low magnetic field due to a low demagnetization factor, thereby causing a high yield stress of the suspension. .

본원 발명에 따른 형상 이방성 입자는 길이 방향(판상입자의 평면방향)을 따라 더 쉽게 자화되어 약한 자기장 하에서 강한 섬유상 응집체를 형성할 수 있어서 고성능 자기유변유체를 제조하기 위한 실용적인 방법임을 보여준다. The shape anisotropic particles according to the present invention are more easily magnetized along the longitudinal direction (planar direction of the plate-like particles) and can form strong fibrous aggregates under a weak magnetic field, showing a practical method for producing a high-performance magnetorheological fluid.

또한, 이 형상 이방성 입자의 표면에 크기가 훨씬 작은(마이크로미터나 그 이하) 다른 강자성입자를 부착시킴으로서 서로 다른 두입자간의 시너지효과로 인한 자기유변체의 성능증진과 동시에 판상입자의 큰 마찰저항력 계수를 이용하여 침전 속도를 감소시킴으로써 현저히 개선된 안정성을 얻게 된다. In addition, by attaching other ferromagnetic particles of much smaller size (micrometer or less) to the surface of these shape anisotropic particles, the performance of the magnetorheological due to the synergistic effect between two different particles is improved and at the same time the large coefficient of frictional resistance of the plate-shaped particles Significantly improved stability is obtained by reducing the settling rate using

이러한 결과는 특정 응용 분야에 대한 자기유변 유체의 형상 이방성에서 비롯되는 자기소거 인자가 중요한 역할을 하며 고성능 자기유변체를 이용하는 각종 장비의 개발에 널리 활용할 수 있다. These results show that the demagnetization factor derived from the shape anisotropy of the magnetorheological fluid for a specific application field plays an important role and can be widely used in the development of various equipment using high-performance magnetorheological.

또한, 이들 고성능 자기유변유체입자들은 대부분 전도성 입자들이므로 함량을 훨씬 적게 하여, 전기적 쇼트가 안 일어나는 범위이내에서 다른 절연입자와 혼합하여 전기장하에서 반응하는 전기유변체로도 적용할 수 있다.In addition, since most of these high-performance magnetorheological fluid particles are conductive particles, they can be applied as an electric fluid that reacts under an electric field by mixing with other insulating particles within a range that does not cause an electrical short, by making the content much smaller.

도 1은 본원 발명의 일 구현예에 따른 벌크 센더스트(bulk Sendust, BS) 현탁액의 미세구조 변화 광학현미경 이미지로 (a) 외부 자기장 적용 전 및 (b) 외부 자기장 적용 후를 나타낸 것이다.
도 2는 본원 발명의 일 구현예에 따른 입자의 형상을 보여주는 주사전자현미경 사진으로 (a) 카보닐철(carbonyl iron, CI), (b) 벌크센더스트(bulk Sendust, BS) 및 (c) 판상형 센더스트(flake Sendust, FS)를 나타낸 것이다.
도 3은 본원 발명의 일 구현예에 따른 다른 강자성 나노입자를 표면에 부착한 형상이방성입자 표면의 주사전자현미경 이미지로서(a) 순수 FS (플레이크 센더스트), (b)합성된 Co0.4Fe0.4Ni0.2 입자들, ⓒ FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2, 및 (d) (c)의 표면을 확대한 것을 나타낸 것이다.
도 4는 본원 발명의 일 구현예에 따른 (a) 진동샘플자력계 (Vibrating sample magnetometer (VSM)) 데이타: pure CI (7.8 g/cm3), BS (7.0 g/cm3), FS(7.2g/cm3)particles (1kOe =103/(4π) kA/m), (b) Co0.4Fe0.4Ni0.2,FS,및 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2 입자의 VSM 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본원 발명의 일 구현예에 따른 자기유변체의 자기유변특성으로서 (a)서로 다른 자기장 강도에서 10 vol% MR 유체에 대한 CI, BS, FS 현탁액의 전단 응력, (b) 전단 점도, (c) FS 및 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2의 현탁액에 대한 전단 속도의 함수로서의 전단 응력 및 (d) 점도 곡선을 나타낸 것이다.
도 6은 본원 발명의 일 구현예에 따른 레오미터를 이용하여 실험적으로 측정한 자기유변 현탁액들의 항복응력 값으로서 (a) 86kA/m 및 343kA/m의 자기장 강도에서 10vol%의 CI, BS 및 FS 자기유변체에 대한 전단점도 대 전단응력. (b) FS 및 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2 MR 유체에 대한 전단 응력의 함수로서의 전단 점도를 나타낸 것이다.
도 7은 본원 발명의 일 구현예에 따른 현탁액들의 안정성을 보여주는 실험결과로서 (a) 24시간 동안 CI, 벌크 센더스트 및 플레이크 센더스트에 대한 시간 [h]의 함수로서의 투과율 (%) 곡선. (b) 24시간 동안 Co0.4Fe0.4Ni0.2, FS 및 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2입자에 대한 시간(h)의 함수로서의 투과율(%) 곡선을 나타낸 것이다.
1 is an optical microscope image of a microstructure change of a bulk Sendust (BS) suspension according to an embodiment of the present invention, showing (a) before application of an external magnetic field and (b) after application of an external magnetic field.
Figure 2 is a scanning electron micrograph showing the shape of particles according to an embodiment of the present invention (a) carbonyl iron (carbonyl iron, CI), (b) bulk sendust (bulk Sendust, BS) and (c) plate-shaped It represents flake Sendust (FS).
Figure 3 is a scanning electron microscope image of the surface of the shape anisotropic particle to which other ferromagnetic nanoparticles are attached to the surface according to an embodiment of the present invention (a) pure FS (flake sandust), (b) synthesized Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 particles, ⓒ FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 , and (d) shows an enlargement of the surface of (c).
Figure 4 shows (a) vibrating sample magnetometer (VSM) data according to an embodiment of the present invention: pure CI (7.8 g/cm 3 ), BS (7.0 g/cm 3 ), FS (7.2g) /cm 3 )particles (1kOe =10 3 /(4π) kA/m), (b) Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 ,FS, and FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 VSM measurement results are shown.
Figure 5 shows the magnetorheological characteristics of a magnetorheological body according to an embodiment of the present invention, (a) shear stress of CI, BS, FS suspensions for 10 vol% MR fluid at different magnetic field strengths, (b) shear viscosity, (c) Shear stress as a function of shear rate and (d) viscosity curves for suspensions of FS and FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 .
Figure 6 is the yield stress values of magnetorheological suspensions experimentally measured using a rheometer according to an embodiment of the present invention (a) CI, BS and FS of 10 vol% at magnetic field strengths of 86 kA / m and 343 kA / m Shear viscosity versus shear stress for magnetorheological. (b) Shear viscosity as a function of shear stress for FS and FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 MR fluids.
Figure 7 is an experimental result showing the stability of suspensions according to an embodiment of the present invention (a) transmittance (%) curve as a function of time [h] for CI, bulk sandust and flake sandust for 24 hours. (b) Transmittance (%) curves as a function of time (h) for Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 , FS and FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 particles for 24 hours.

이하, 본원 발명에 대해 상세하게 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본원 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. The terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to explain their invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that there is.

본 명세서의 전반에 걸쳐 사용되는 용어인 형상 이방성효과란 적용된 자기장의 방향에 대한 자기 특성의존성을 이용하는 것으로 이 효과는 자기 이방성 (magnetic anisotropy)이라고도 하며 선호하는 결정학적 방향을 따라 정렬되는 자화의 경향을 나타내는 고유 결정 이방성(intrinsic crystalline anisotropy)과는 다른 현상이다. 형상 이방성은 처리 방법에 따라, 비등방성 입자의 경우 자화가 용이한 축 방향(더 변형된 방향: 판상입자의 경우 면 방향과 평행인 방향)으로 더 쉽게 자화될 수 있다. 그런 다음 이런 형상 이방성 효과를 이용하면 낮은 자장으로도 자성 재료의 자기유변 성능을 더욱 향상시킬 수 있게 됨을 의미한다.The shape anisotropy effect, a term used throughout this specification, exploits the dependence of magnetic properties on the direction of an applied magnetic field. It is a different phenomenon from intrinsic crystalline anisotropy. Depending on the processing method, the shape anisotropy can be more easily magnetized in the axial direction in which magnetization is easier in the case of anisotropic particles (more deformed direction: in the case of plate-shaped particles, the direction parallel to the plane direction). Then, if this shape anisotropy effect is used, it means that the magnetorheological performance of the magnetic material can be further improved even with a low magnetic field.

본원 발명에서는 상기 과제를 해결하기 위하여 자성 입자를 미세 단조 공정을 이용하여 판상형 자성 입자를 형성하는 자성 입자 판상화 공정; 및 상기 판상형 자성 입자의 표면에 강자성 나노입자를 부착하는 나노 입자 부착 공정을 포함하는 자기 이방성을 가지는 자성 입자의 제조방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention includes a magnetic particle plate-shaped process of forming plate-shaped magnetic particles by using a fine forging process of magnetic particles; and a nanoparticle attachment step of attaching ferromagnetic nanoparticles to the surface of the plate-shaped magnetic particles.

본원 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 나노 입자 부착 공정은 판상형 자성 입자와 강자성 나노입자의 전구체인 금속염 혼합물을 용매 존재하에서 환원반응을 통하여 판상형 자성 입자의 표면에 강자성 나노입자를 부착하는 것일 수 있고, 상기 강자성 나노입자의 전구체인 금속염은 니켈, 코발트 및 철의 금속염일 수 있으며, 보다 바람직하게는 니켈염은 CoCl2·6H2O, 철의 염은 FeCl2·4H2O 니켈염은 Ni(NO3)2·6H2O 일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the nanoparticle attachment process may be to attach the ferromagnetic nanoparticles to the surface of the planar magnetic particles through a reduction reaction of a metal salt mixture, which is a precursor of the plate-like magnetic particles and the ferromagnetic nanoparticles, in the presence of a solvent, , The metal salt, which is the precursor of the ferromagnetic nanoparticles, may be a metal salt of nickel, cobalt, and iron, more preferably, the nickel salt is CoCl2 6H2O, the iron salt is FeCl2 4H2O, and the nickel salt is Ni(NO3)2 6H2O. can

본원 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 자성 입자는 철, 카보닐철, 철 합금체, 산화철, 질화철, 카바이드철, 저탄소강, 니켈, 코발트, 이들의 혼합물 및 이들의 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 1 종 이상일 수 있고, 상기 강자성 나노입자는 철, 카보닐철, 철 합금체, 산화철, 질화철, 카바이드철, 저탄소강, 니켈, 코발트, 이들의 혼합물 및 이들의 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 1 종 이상의 나노미터 크기의 강자성 입자일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the magnetic particles are selected from the group consisting of iron, carbonyl iron, iron alloys, iron oxide, iron nitride, carbide iron, low carbon steel, nickel, cobalt, mixtures thereof, and alloys thereof It may be one or more, and the ferromagnetic nanoparticles are one selected from the group consisting of iron, carbonyl iron, iron alloys, iron oxide, iron nitride, carbide iron, low carbon steel, nickel, cobalt, mixtures thereof, and alloys thereof. It may be ferromagnetic particles of nanometer size or more.

또한, 본원 발명에서는 상기 방법에 따라 제조되어, 판상형 자성 입자의 표면에 강자성 나노입자를 부착된 것을 특징으로 하는 자기 이방성을 가지는 자성 입자를 제공한다.In addition, the present invention provides magnetic particles having magnetic anisotropy, produced according to the above method, characterized in that ferromagnetic nanoparticles are attached to the surface of the plate-shaped magnetic particles.

또한, 본원 발명에서는 상기 방법에 따라 판상형 자성 입자의 표면에 강자성 나노입자를 부착된 자기 이방성을 가지는 자성 입자를 제조하는 자성 입자 제조공정; 및 상기 자기 이방성을 가지는 자성 입자를 유체에 분산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기유변유체의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention includes a magnetic particle manufacturing process of manufacturing magnetic particles having magnetic anisotropy in which ferromagnetic nanoparticles are attached to the surface of plate-shaped magnetic particles according to the above method; And it provides a method for producing a magnetorheological fluid comprising the step of dispersing the magnetic particles having magnetic anisotropy in the fluid.

본원 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 유체는 윤활유, 미네랄오일, 실리콘오일, 캐스터오일, 파라핀오일, 진공 오일, 콘 오일 및 탄화수소 오일로 구성된 그룹에서 선택될 수 있고, 상기 자기 이방성을 가지는 자성 입자는 유체에 5 내지 50 부피%로 분산되는 것이 바람직하다.According to one embodiment of the present invention, the fluid may be selected from the group consisting of lubricating oil, mineral oil, silicone oil, castor oil, paraffin oil, vacuum oil, cone oil, and hydrocarbon oil, and the magnetic particles having magnetic anisotropy. is preferably dispersed in the fluid at 5 to 50% by volume.

또한, 본원 발명에서는 판상형 자성 입자의 표면에 강자성 나노입자가 부착된 자기 이방성을 가지는 자성 입자; 및 유체를 포함하고, 상기 자기 이방성을 가지는 자성 입자가 유체 내에 5 내지 50 부피%로 분산되는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 제공한다.In addition, in the present invention, magnetic particles having magnetic anisotropy in which ferromagnetic nanoparticles are attached to the surface of plate-shaped magnetic particles; and a fluid, wherein the magnetic particles having magnetic anisotropy are dispersed in the fluid at 5 to 50% by volume.

본원 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 판상형 자성 입자 및 표면에 부착되는 강자성 나노입자는 철, 카보닐철, 철 합금체, 산화철, 질화철, 카바이드철, 저탄소강, 니켈, 코발트, 이들의 혼합물 및 이들의 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 1 종 이상이고, 상기 유체는 윤활유, 미네랄오일, 실리콘오일, 캐스터오일, 파라핀오일, 진공 오일, 콘 오일 및 탄화수소 오일로 구성된 그룹에서 선택되는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the plate-like magnetic particles and the ferromagnetic nanoparticles attached to the surface are iron, carbonyl iron, iron alloys, iron oxide, iron nitride, carbide iron, low carbon steel, nickel, cobalt, mixtures thereof, and At least one selected from the group consisting of alloys thereof, and the fluid may be selected from the group consisting of lubricating oil, mineral oil, silicone oil, castor oil, paraffin oil, vacuum oil, cone oil, and hydrocarbon oil.

또한, 본원 발명에 자기유변유체는 서스펜션, 클러치, 충격완화장치, 진동제어 장치, 내진장치, 및 연마장치의 충격 또는 진동을 억제하거나 제어하는 용도로 사용될 수 있다. In addition, the magnetorheological fluid in the present invention can be used for suppressing or controlling shock or vibration of suspensions, clutches, shock mitigation devices, vibration control devices, earthquake-resistant devices, and polishing devices.

또한, 판상형 자성 입자의 표면에 강자성 나노입자가 부착된 자기 이방성을 가지는 자성 입자; 전열체 입자 및 유체를 포함하고, 상기 자기 이방성을 가지는 자성 입자가 유체 내에 5 내지 50 부피%로 분산되는 것을 특징으로 하는 전기유변유체를 제공한다. 이때, 고성능 자기유변유체입자들은 대부분 전도성 입자들이므로 함량을 훨씬 적게 하여 전기적 쇼트가 안 일어나는 범위이내에서 다른 절연체 입자와 혼합함으로서 전기장하에서 반응하는 전기유변체로도 적용할 수 있다.In addition, magnetic particles having magnetic anisotropy in which ferromagnetic nanoparticles are attached to the surface of the plate-shaped magnetic particles; It provides an electrorheological fluid comprising heat transfer particles and a fluid, wherein the magnetic particles having magnetic anisotropy are dispersed in the fluid at 5 to 50% by volume. At this time, since most of the high-performance magnetorheological fluid particles are conductive particles, they can be applied as an electric fluid that reacts under an electric field by mixing with other insulator particles within a range that does not cause an electrical short with a much smaller content.

이하, 본원 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면과 같이 본원이 속하는 기술 분야에서 일반적인 지식을 가진 자가 쉽게 실시할 수 있도록 본원의 구현 예 및 실시 예를 상세히 설명한다. 특히 이것에 의해 본원 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한을 받지 않는다. 또한, 본원 발명의 내용은 여러 가지 다른 형태의 장비로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 구현 예 및 실시 예에 한정되지 않는다.Hereinafter, implementation examples and embodiments of the present invention will be described in detail so that those with general knowledge in the technical field to which the present application pertains can easily practice, as shown in the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention. In particular, the technical idea of the present invention and its core configuration and operation are not limited by this. In addition, the contents of the present invention can be implemented in various types of equipment, and is not limited to the implementation examples and examples described herein.

본원 발명의 일 구현예에 따른 자기유변유체의 제조방법은 Fe-Si-Al 합금분말, Fe-Ni 합금분말 및 Ni-Fe-Mo 합금분말, Fe-Si합금분말, Fe-Co 합금분말, Fe-Cr-Si 합금분말, Fe-Al 합금분말, Fe-Cr 합금분말 및 Fe-Co-Ni 등의 자성분말에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 자성입자를 미세단조공정을 이용하여 판상으로 만든 후 이를 그대로 이용하거나, 이 판상입자 표면에 수 마이크론 내지는 마이크로미만의 수준에서 합성된 다른 강자성입자들을 부착하는 단계를 포함한다.Method for producing magnetorheological fluid according to an embodiment of the present invention is Fe-Si-Al alloy powder, Fe-Ni alloy powder and Ni-Fe-Mo alloy powder, Fe-Si alloy powder, Fe-Co alloy powder, Fe -Cr-Si alloy powder, Fe-Al alloy powder, Fe-Cr alloy powder, and magnetic powder containing one or more types selected from magnetic powder such as Fe-Co-Ni, etc. After making it, using it as it is, or attaching other ferromagnetic particles synthesized at a level of several microns to less than a micron to the surface of the plate-shaped particles.

본원 발명의 일 구현예에 따른 자성 입자의 판상화는 자성 금속분말을 소정의 시간 동안 마이크로 밀링 또는 미세 단조 공정(마이크로 포징: micro forging)함으로써 가능하다. 밀링 방법은 어느 특정 공정에 제한되지 않으며, 볼 밀링(ball milling), 어트리션 밀링(attrition milling), 비드 밀링(bead milling), 초음파 밀링(ultrasonic milling) 등이 가능하다. 분말의 균일한 가공을 가능하게 하기 위하여는 분산제를 적용하여 습식 밀링하는 것이 바람직하지만 다른 여하한 밀링공정도 사용할 수 있다. 바람직하게는 자일렌, 톨루엔, 에탄올, 메탄올, 메틸 에틸 케톤 및 사이클로헥산 등의 분산제를 적용하여 금속분말을 습식 어트리션 밀링하여 수득할수 있으나, 공정의 편의성으로는 볼 밀링 공정 또는 마이크로포징 공정 등이 더 용이하며 이때 사용하는 마이크로 볼의 크기, 밀링 볼 대 분말의 투입비율, 밀링 시간 등은 공정조건 변수로서 각 입자들의 판상제조 최적조건에 맞추어 변할 수 있으며, 어느 특정조건에 국한되지는 않는다. 밀링공정을 통하여 제조된 판상형태의 입자들은 소정의 시간 동안 질소분위기하에서 건조시켜 밀링 공정에 사용된 분산제 및 수분 등을 제거하거나 잔유응력을 제거할 수 있도록 저온숙성단계를 거칠 수 있다.Plate-shaped magnetic particles according to an embodiment of the present invention can be made by micro-milling or micro-forging (micro forging) the magnetic metal powder for a predetermined period of time. The milling method is not limited to any specific process, and ball milling, attrition milling, bead milling, ultrasonic milling, and the like are possible. In order to enable uniform processing of the powder, wet milling with the application of a dispersant is preferred, but any other milling process may be used. Preferably, it can be obtained by wet attrition milling of metal powder by applying a dispersant such as xylene, toluene, ethanol, methanol, methyl ethyl ketone and cyclohexane, but for convenience of the process, a ball milling process or a microforging process, etc. This is easier, and the size of the micro balls used at this time, the input ratio of the milling balls to the powder, the milling time, etc. are process condition variables that can be changed according to the optimal conditions for plate-shaped production of each particle, but are not limited to any specific conditions. The plate-shaped particles produced through the milling process may be dried under a nitrogen atmosphere for a predetermined period of time to remove the dispersant and moisture used in the milling process, or may undergo a low-temperature aging step to remove residual stress.

이하, 본 발명의 자기유변유체의 제조방법을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 하기한 실시예는 본발명의 실시예일 뿐 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니다.Hereinafter, the manufacturing method of the magnetorheological fluid of the present invention will be described in more detail. However, the following examples are only examples of the present invention and the present invention is not limited thereto.

<제조예 1> 플레이크 센터스트(flake Sendust, FS) 입자 제조<Preparation Example 1> Preparation of flake Sendust (FS) particles

본원 발명의 일 구현예에서는 자성 임자의 판상화로 미세 단조 공정(마이크로포징 공정)을 사용하였으며 여기에 사용되는 원재료 자성입자로서 센더스트 합금을 사용하였다. 이 센더스트는 Fe 85%, Si 9%, Al 6%로 구성된 Fe-Si-Al 합금이다. 원상태 입자(벌크센더스트, BS)의 평균 입자 크기는 약 40 μm이나 이보다 더 큰 입자도 사용할 수 있다. 이 벌크상태의 입자를 마이크로포징 공정으로 미세 단조하여 판상형태인 플레이크 센터스트(flake Sendust, FS) 입자를 생성하였다. In one embodiment of the present invention, a fine forging process (microforging process) was used to plate the magnetic grains, and Sendust alloy was used as the raw material magnetic particles used here. This sendust is a Fe-Si-Al alloy composed of 85% Fe, 9% Si, and 6% Al. The average particle size of raw particles (bulk sandust, BS) is about 40 μm, but larger particles can also be used. The bulk particles were finely forged through a microforging process to produce plate-like flake Sendust (FS) particles.

도 2는 비교예로 사용된 카보닐철(carbonyl iron, CI)과 벌크 센더스트(bulk Sendust, BS) 및 포징공정 처리된 판상형 센더스트(flake Sendust, FS) 입자 형태를 나타낸 것이다. FIG. 2 shows the shapes of carbonyl iron (CI) and bulk Sendust (BS) used as comparative examples, and flake Sendust (FS) particles subjected to a forging process.

도 2에서 알 수 있듯이 CI 입자는 구형 모양을 나타내고 BS 입자는 불규칙한 원형 모양(대략 평균 크기 40 ± 10 μm)을 갖는 반면 FS 입자는 원반 모양을 나타낸다. 평평한 표면과 얇은 두께의 모양을 보이는 FS 디스크의 평균 종횡비는 약 50 이다. 이러한 구성은 동일하지만 미세단조공정으로 마이크로포징 공정을 거친 FS와 BS는 밀도가 다르다. BS의 밀도는 7.0 g/cm3이고 FS의 밀도는 7.2g/cm3이다. 일반적으로 BS 입자는 입자 내부에 에어 갭이 있고 이러한 에어 갭은 FS 입자를 생산하는 동안 미세 단조 공정에 의해 제거되어 FS의 밀도는 BS의 밀도보다 높게 된다. As can be seen in FIG. 2, the CI particles have a spherical shape and the BS particles have an irregular circular shape (approximately average size 40 ± 10 μm), while the FS particles have a disc shape. The average aspect ratio of FS disks with a flat surface and thin thickness is about 50. Although these configurations are the same, FS and BS, which have undergone the microforging process through the microforging process, have different densities. The density of BS is 7.0 g/cm 3 and that of FS is 7.2 g/cm 3 . In general, BS particles have air gaps inside the particles, and these air gaps are removed by a fine forging process during the production of FS particles, so that the density of FS becomes higher than that of BS.

<제조예 2> 복합센더스트(FS@Co<Production Example 2> Composite Sendust (FS@Co 0.40.4 FeFe 0.40.4 NiNi 0.20.2 )의 강자성입자 제조) Manufacture of ferromagnetic particles

상기 제조예 1에서 제조된 판상형 센더스트(flake Sendust, FS)의 자성효과를 증가시키기 위하여 다른 강자성입자를 수 마이크로 또는 1 마이크로미터보다 작은 크기로 합성하여 FS 표면에 부착시켰다. 본 발명에서는 그 일 구현예로 높은 포화 자화를 보이는 Co0.4Fe0.4Ni0.2를 합성하여 앞서 제조예 1에서 제조한 FS위에 부착한 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2복합 입자를 제조하였다. 보다 구체적으로는 FS 존재 하에 용액 내에서 Co0.4Fe0.4Ni0.2를 합성함으로써 간단하게 제조할 수 있다. 먼저, 상기 제조예 1에서 제조한 판상형 센더스트(flake Sendust, FS) 3g을 에탄올/H2O 혼합용매 (400ml, 3:1 v:v ratio)에 초음파 처리하여 분산시키고 질소 분위기 하에서 전구체인 CoCl2·6H2O(4.953g), FeCl2·4H2O(4.137g), Ni(NO3)2·6H2O (3.027g)를 상온에서 용해시킨 후 6M NaOH 용액(5.8ml)을 주입하고 용액 온도를 80℃로 설정한 후 히드라진일수화물 (30ml)을 주입하였다. 흐르는 질소 분위기 하에서 45분간 반응을 계속한 후, 영구자석을 이용하여 최종 생성물을 회수하고, 증류수 및 에탄올로 여러 번 세척하고, 25℃에서 24시간 동안 진공 건조하였다. 이때 FS와 Co0.4Fe0.4Ni0.2의 중량비는 FS와 Co0.4Fe0.4Ni0.2의 전구체의 양으로부터 1:1이 되도록 투입하였다.In order to increase the magnetic effect of the flake Sendust (FS) prepared in Preparation Example 1, other ferromagnetic particles were synthesized in a size of several micrometers or smaller than 1 micrometer and attached to the surface of the FS. In the present invention, as an embodiment, Co0.4Fe0.4Ni0.2 having high saturation magnetization was synthesized and FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2 composite particles attached to the FS prepared in Preparation Example 1 were prepared. More specifically, it can be produced simply by synthesizing Co0.4Fe0.4Ni0.2 in a solution in the presence of FS. First, 3 g of flake Sendust (FS) prepared in Preparation Example 1 was ultrasonically treated and dispersed in an ethanol/H 2 O mixed solvent (400 ml, 3: 1 v: v ratio), and CoCl 6 H 2 O as a precursor under a nitrogen atmosphere (4.953g), FeCl2 4H2O (4.137g), and Ni(NO3)2 6H2O (3.027g) were dissolved at room temperature, then 6M NaOH solution (5.8ml) was injected, the solution temperature was set to 80℃, and hydrazine Monohydrate (30 ml) was injected. After continuing the reaction for 45 minutes under a flowing nitrogen atmosphere, the final product was recovered using a permanent magnet, washed several times with distilled water and ethanol, and vacuum dried at 25° C. for 24 hours. At this time, the weight ratio of FS and Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 was added to be 1:1 based on the amount of the precursor of FS and Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 .

도 3은 본원 발명의 일 구현예에 따른 다른 강자성 나노입자를 표면에 부착한 형상이방성입자 표면의 주사전자현미경 이미지로서 (a) 순수 FS (플레이크 센더스트), (b) 합성된 Co0.4Fe0.4Ni0.2입자들, (c) FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2, 및 (d) (c)의 표면을 확대한 것을 나타낸 것이다.Figure 3 is a scanning electron microscope image of the surface of the shape anisotropic particle to which other ferromagnetic nanoparticles are attached to the surface according to an embodiment of the present invention (a) pure FS (flake sandust), (b) synthesized Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 particles, (c) FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 , and (d) enlargement of the surface of (c).

도 3은 이렇게 제조된 나노복합입자의 형태를 보여주는 전자현미경 사진으로 FS 표면에 마이크로미터 크기 이하의 Co0.4Fe0.4Ni0.2입자들이 붙어있는 것을 볼 수 있다.3 is an electron micrograph showing the shape of the nanocomposite particles prepared in this way, and it can be seen that Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 particles having a micrometer size or less are attached to the surface of the FS.

<제조예 3> 자기 유변체의 제조<Production Example 3> Production of magnetorheological body

상기 제조예 1과 2에서 제조된 판상형 센더스트(FS) 와 복합센더스트 (FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2)의 강자성입자를 유체 미디움 (실리콘오일, 미네랄오일, 윤활유등)에 5~50 % 부피비로 분산시켜서 자기 유변체를 제조하였다. 본 발명에서는 실리콘오일을 사용하여 10% 부피비의 입자를 분산 시켰으나 이는 하나의 실시예일 뿐 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.Ferromagnetic particles of plate-shaped sendust (FS) and composite sendust (FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 ) prepared in Preparation Examples 1 and 2 are mixed with 5 to 50% of the fluid medium (silicone oil, mineral oil, lubricant, etc.) By dispersing in a volume ratio, a magnetorheological body was prepared. In the present invention, silicone oil was used to disperse particles in a volume ratio of 10%, but this is only one example and the present invention is not limited thereto.

<분석예 1> 진동샘플자력계를 이용한 자화 곡선 분석<Analysis Example 1> Magnetization curve analysis using a vibrating sample magnetometer

본원 발명의 일 구현예에 따라 제조된 제조예 1과 2에서 제조한 입자들의 자화곡선을 10 kOe (-795.8 kA/m) ~ 10 kOe (795.8 kA/m) 자기장 범위에서 진동 샘플 자력계(VSM; VSM-7410, Lake Shore Cryotronics, USA)를 사용하여 자기장에 따른 자기유변유체의 자화 이력을 분석하였다.The magnetization curves of the particles prepared in Preparation Examples 1 and 2 prepared according to one embodiment of the present invention are 10 kOe (-795.8 kA / m) to 10 kOe (795.8 kA / m) in the magnetic field range of the vibrating sample magnetometer (VSM; VSM-7410, Lake Shore Cryotronics, USA) was used to analyze the magnetization hysteresis of the magnetorheological fluid according to the magnetic field.

도 4는 본원 발명의 일 구현예에 따른 (a) 진동샘플자력계 (Vibrating sample magnetometer (VSM)) 데이타: pure CI (7.8 g/cm3), BS (7.0 g/cm3), FS(7.2g/cm3)particles (1kOe =103/(4π) kA/m) (b) Co0.4Fe0.4Ni0.2,FS,andFS@Co0.4Fe0.4Ni0.2 입자의 VSM 측정 결과를 나타낸 것이다.Figure 4 shows (a) vibrating sample magnetometer (VSM) data according to an embodiment of the present invention: pure CI (7.8 g/cm 3 ), BS (7.0 g/cm 3 ), FS (7.2g) /cm 3 )particles (1kOe = 10 3 /(4π) kA/m) (b) Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 ,FS,andFS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 VSM measurement results are shown.

자기 이력(히스테리시스) 곡선은 ?10 kOe(-795 kA/m)에서 10kOe (795 kA/m) 범위의 자기장에서 측정된 것으로 도 4(a)에 나타내었다. 자화 이력 곡선의 세부 사항은 하기 표 1에 요약하여 기재하였다.Magnetic hysteresis (hysteresis) curves measured in magnetic fields ranging from -10 kOe (-795 kA/m) to 10 kOe (795 kA/m) are shown in Fig. 4(a). Details of the magnetization hysteresis curve are summarized in Table 1 below.

시편Psalter CICI BSBS FSFS 포화자화값 [emu/g]Saturation magnetization value [emu/g] 208208 120120 130130 보자력 [Oe]Coercivity [Oe] 21.0221.02 36.0436.04 14.1414.14 잔류자화 [emu/g]Residual Magnetization [emu/g] 3.483.48 1.201.20 5.235.23

최대 자화(포화 자화, Ms) 값은 각각 CI의 경우 208 emu/g, BS의 경우 120 emu/g 및 FS의 경우 130 emu/g을 나타내었다. CI의 Ms는 Fe 함량이 더 높기 때문에 FS 또는 BS보다 크다(CI는 99.5% 이상의 Fe로 구성되는 반면 Sendust 입자는 85% Fe를 포함함). 앞서 언급한 것과 같은 이유로 BS와 FS에 대한 Ms 값의 차이는 BS 또는 비자성 부분에서 에어 갭의 존재에 기인한다. CI 및 BS의 자화 곡선은 S자 이력을 보이며, 이는 다중 도메인을 갖는 자성 입자의 전형적인 거동이다. The maximum magnetization (saturation magnetization, Ms) values were 208 emu/g for CI, 120 emu/g for BS, and 130 emu/g for FS, respectively. The Ms of CI is greater than that of FS or BS because of its higher Fe content (CI consists of more than 99.5% Fe, whereas Sendust particles contain 85% Fe). For the same reasons as mentioned above, the difference in Ms values for BS and FS is due to the existence of air gaps in the BS or non-magnetic parts. The magnetization curves of CI and BS show an S-shaped hysteresis, which is a typical behavior of magnetic particles with multiple domains.

그러나 FS 곡선의 이력 곡선(히스테리시스)은 CI 및 BS의 히스테리시스와 분명히 다르다. 그 거동은 결정 이방성이 큰 완벽한(결함이 없는) 강자성 재료의 거동과 유사하다. 강한 자기장 하에서 FS와 BS의 Ms 값 사이에는 거의 차이가 관찰되지 않는다. 그러나 약한 자기장 하에서 FS 입자의 자기 모멘트는 매우 급격하게 증가하며 이는 도 4(a)의 삽입도에서 더 명확하게 나타나 있다. However, the hysteresis curve (hysteresis) of the FS curve is clearly different from that of CI and BS. Its behavior is similar to that of a perfect (defect free) ferromagnetic material with a large crystal anisotropy. Almost no difference is observed between the Ms values of FS and BS under strong magnetic fields. However, the magnetic moment of the FS particle increases very rapidly under a weak magnetic field, which is more clearly shown in the inset of Fig. 4(a).

BS 또는 CI보다 FS에 대한 유도 자기 모멘트가 더 큰 것은 자기소거 인자 (demagnetizing factor)와 관련이 있다. 자기소거 인자는 적용된 자기장에 의해 자성 입자에 유도된 자기장의 내부 및 외부 값을 결정하기 위한 자화의 기하학적 종속 상수이다. 자화용 물질 내부에 작용하는 유효 자기장은 소자 계수에 비례하는 소자 필드와 동일한 양이다. 미세 단조 공정 중에 단조 방향에 평행한 시트 평면에서 용이한 축방향으로 큰 형상 이방성이 생성된다(도 2 (c)). 원반형 FS 입자는 용이한 축 방향의 자기소거인자가 구형 입자보다 작기 때문에 FS는 긴 방향 (면과 평행한 축방향)을 따라 더 쉽게 자화된다. 적용된 자기장에 대한 자기 모멘트의 플롯은 -400 ~ 400 Oe 범위에서 선형이다(도 4(a) 의 삽입). The larger induced magnetic moment for FS than for BS or CI is related to the demagnetizing factor. The demagnetization factor is a geometrically dependent constant of magnetization for determining the internal and external values of the magnetic field induced in a magnetic particle by an applied magnetic field. The effective magnetic field acting inside the material for magnetization is equal to the demagnetization field proportional to the demagnetization coefficient. During the fine forging process, a large shape anisotropy in the facile axial direction is created in the sheet plane parallel to the forging direction (Fig. 2(c)). Since the disk-shaped FS particle has a smaller axial demagnetization factor than the spherical particle, the FS is more easily magnetized along the long direction (axial direction parallel to the plane). The plot of the magnetic moment versus the applied magnetic field is linear in the range of -400 to 400 Oe (inset of Fig. 4(a)).

자기소거장은 자화에 비례하기 때문에 자기장이 0에 가까운 데에서 선형 부분의 기울기의 역수는 실험적인 자기소거 계수를 제공한다. 구형 입자의 경우, 자기소거 계수는 모든 방향에서 1/3 이다. CI의 실험적 비자화 계수의 기울기를 1/3 로 하면 FS 및 BS의 비자화 계수는 각각 0.05 및 0.24로 계산된다. 이는 적용된 필드의 95%가 FS 입자를 자화가 용이한 축 방향으로 자화하는 데 사용되는 반면 적용된 필드의 76%만이 BS 입자의 용이한 축 방향으로 자화되는 데 사용됨을 의미한다. 따라서 FS의 자기 모멘트는 낮은 자기장에서 빠르게 상승한다. 일반적으로 자화소거계수가 작을수록 보자력(coercive field)이 크다. 그러나 FS 입자는 세 입자 중 소거계수가 가장 작음에도 불구하고 보자력이 가장 작다. 외부 자기장이 가해지면 자기장 방향을 따라 자구가 정렬된다. 외부 자기장이 없는 상태에서 다층 자구 물질의 자구는 다소 무작위로 배향되지만 내부 층보다 외부 층에 더 많이 배향된다. FS 입자는 얇은 원반 모양이기 때문에, FS의 자기 도메인은 BS 입자보다 더 균일하게 배향되어 보자력이 감소한다.Since the demagnetization field is proportional to the magnetization, the reciprocal of the slope of the linear part at which the field approaches zero gives the experimental demagnetization coefficient. For spherical particles, the demagnetization factor is 1/3 in all directions. If the slope of the experimental demagnetization coefficient of CI is 1/3, the demagnetization coefficients of FS and BS are calculated as 0.05 and 0.24, respectively. This means that 95% of the applied field is used to magnetize the FS particle in the facile axial direction, whereas only 76% of the applied field is used to magnetize the BS particle in the facile axial direction. Therefore, the magnetic moment of FS rises rapidly at low magnetic fields. In general, the smaller the demagnetization coefficient, the larger the coercive field. However, the FS particle has the smallest coercive force despite having the smallest extinction coefficient among the three particles. When an external magnetic field is applied, the magnetic domains align along the direction of the magnetic field. In the absence of an external magnetic field, the magnetic domains of multilayer magnetic materials are oriented rather randomly, but more in the outer layers than in the inner layers. Because the FS particle has a thin disc shape, the magnetic domains of the FS are more uniformly oriented than the BS particle, resulting in a decrease in coercive force.

Co0.4Fe0.4Ni0.2, FS 및 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2의 자기 특성은 도 4(b)에 나와 있다. Co0.4Fe0.4Ni0.2, FS 및 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2 입자의 포화 자화는 각각 165, 130 및 145 emu/g이었다. Co0.4Fe0.4Ni0.2의 자화값이 FS보다 크기 때문에 Co0.4Fe0.4Ni0.2 나노입자를 FS에 부착하면 FS보다 더 높은 자화값이 생성된다. 나노복합체 입자에서 FS와 Co0.4Fe0.4Ni0.2의 중량비는 1:1로 설정하였다. 따라서 중량비로 계산한 자화포화도는 147.5 emu/g으로 측정값에 가깝다. 도 4(b)의 VSM 프로파일에서 Co0.4Fe0.4Ni0.2에 대한 곡선은 상대적으로 큰 잔류 자화(17.0 emu/g)와 자기장 강도가 증가함에 따라 느린 자화 증가가 있는 전형적인 히스테리시스를 보여준다. 대조적으로, FS의 곡선은 낮은 자기장 강도 범위에서 자기장 강도가 증가함에 따라 작은 잔류 자화(4.6 emu/g)와 급격한 자화 증가(자기 민감도)를 보여준다 (도 4(b) 삽입). FS는 얇은 층에 균일하게 배향된 자구 때문에 매우 작은 보자력장을 갖는다. FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2는 FS와 Co0.4Fe0.4Ni0.2의 혼합 자기 특성을 나타낸다. Co0.4Fe0.4Ni0.2의 잔류자화(5.2 emu/g) 및 보자력장 값은 사전 무게설정에도 불구하고 FS와 Co0.4Fe0.4Ni0.2 값 사이의 평균보다 FS의 값과 더 유사하다. FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2에서 FS와 Co0.4Fe0.4Ni0.2의 중량비는 1:1이다. 대조적으로, FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2의 자화 경향은 전계강도에 따라 증가하는 경향이 FS보다 Co0.4Fe0.4Ni0.2의 자화 경향과 더 유사하였다. 따라서 자기강도 0 부근의 자기적 특성은 FS의 기하학적 인자에 의해 지배되는 반면, 더 높은 자기장에서의 특성은 FS보다 높은 포화 자화 값을 갖는 Co0.4Fe0.4Ni0.2에 의해 결정된다.The magnetic properties of Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 , FS and FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 are shown in Fig. 4(b). The saturation magnetization of Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 , FS and FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 particles were 165, 130 and 145 emu/g, respectively. Since the magnetization value of Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 is greater than that of FS, attaching Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 nanoparticles to FS produces a higher magnetization value than FS. The weight ratio of FS and Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 in the nanocomposite particles was set to 1:1. Therefore, the magnetic saturation calculated as a weight ratio is 147.5 emu/g, which is close to the measured value. The curve for Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 in the VSM profile in Fig. 4(b) shows a typical hysteresis with a relatively large remanent magnetization (17.0 emu/g) and a slow magnetization increase with increasing magnetic field strength. In contrast, the curve of FS shows a small remanent magnetization (4.6 emu/g) and a sharp increase in magnetization (magnetic sensitivity) with increasing magnetic field strength in the low field strength range (Fig. 4(b) inset). FS has a very small coercive field due to the uniformly oriented magnetic domains in the thin layer. FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 represents the mixed magnetic properties of FS and Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 . The remanent magnetization (5.2 emu/g) and coercive field values of Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 are more similar to those of FS than the average between FS and Co0.4Fe0.4Ni0.2 values despite pre-weighting. In FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 , the weight ratio of FS to Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 is 1:1. In contrast, the magnetization tendency of FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 increased with field strength and was more similar to that of Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 than FS. Therefore, the magnetic properties near zero magnetic strength are dominated by the geometric factor of FS, while the properties at higher magnetic fields are determined by Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 , which has a higher saturation magnetization value than FS.

<분석예 2> 자기장에 따른 자기유변유체의 전단응력 분석<Analysis Example 2> Shear stress analysis of magnetorheological fluid according to magnetic field

본원 발명의 일 구현예에 따라 제조된 제조예 1과 2에서 제조한 입자들을 자기유변물성 측정기(자기장 발생기가 달려있는 회전레오미터 (Physica MC 300, Stuttgart, Germany))를 사용하여 전단응력을 측정하였다. Shear stress was measured for the particles prepared in Preparation Examples 1 and 2 prepared according to one embodiment of the present invention using a magnetorheological property measuring instrument (rotational rheometer equipped with a magnetic field generator (Physica MC 300, Stuttgart, Germany)) did

도 5는 본원 발명의 일 구현예에 따른 자기유변체의 자기유변특성으로서 (a)서로 다른 자기장 강도에서 10 vol% MR 유체에 대한 CI, BS, FS 현탁액의 전단 응력 및 (b) 전단 점도 (c) FS 및 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2의 현탁액에 대한 전단 속도의 함수로서의 전단 응력 및 (d) 점도 곡선을 나타낸 것이다.Figure 5 shows the magnetorheological characteristics of a magnetorheological body according to an embodiment of the present invention (a) shear stress and (b) shear viscosity of CI, BS, and FS suspensions for 10 vol% MR fluid at different magnetic field strengths ( c) shear stress as a function of shear rate and (d) viscosity curves for suspensions of FS and FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 .

CI, BS 및 FS 현탁액에 해당하는 흐름 곡선은 86 및 343 kA/m의 두 가지 서로 다른 자기장 강도에 대해 도 5(a)에 나타내었다. 정상 전단 곡선은 전단 속도를 두 영역으로 나누어 설명할 수 있다. 일반 MR 현탁액의 경우 현탁액의 전단 응력은 낮은 전단 속도에서 일정한 값을 유지한다. 섬유형태 응집체인 메조 구조가 전단력을 견딜 수 있을 만큼 충분히 강하기 때문이다. 높은 전단속도에서는 전단응력이 약간 감소하다가 메조구조의 파괴와 재건으로 인해 증가한다. 그러나 이 현상은 현재 시스템에서 명확하게 관찰되지 않는다. 이는 이들 현탁액 내에서 입자응집체들이 유체역학적 응력을 견딜 수 있을 만큼 충분히 강하다는 것을 보여준다. 낮은 자기장 강도(86 kA/m)에서 FS 현탁액은 가장 큰 전단 응력을 나타낸다. BS 현탁액보다 10배, CI 현탁액보다 5배 더 큰 값을 보인다. 이는 저장 모듈러스 거동과 동일하다. FS 입자의 낮은 자기소거계수는 높은 자화로 인해 높은 전단 응력을 가능하게 한다. 반면에 CI 현탁액은 높은 자기장에서 가장 높은 전단응력을 나타내고, 그 다음으로 FS 및 BS 현탁액으로 앞서 자기포화자력( Ms) 값과 동일한 순서를 보여준다 (도 5(a)). 현탁액의 겉보기 전단 점도(η = τ/(γ) ?, 여기서 τ은 전단 응력이고 (γ) ?는 전단 속도)는 서로 다른 자기에서 전단 속도의 함수로 도 5(b)에 나타내었다. 필드. 자기장 강도와 상관없이 모든 현탁액은 전단력에 의한 메조구조 파괴의 결과로 전단박화 거동을 보인다. 전단점도 크기의 순서는 전단응력의 순서와 동일하였다.The corresponding flow curves for the CI, BS and FS suspensions are shown in Fig. 5(a) for two different magnetic field intensities of 86 and 343 kA/m. A steady shear curve can be described by dividing the shear rate into two regions. In the case of a general MR suspension, the shear stress of the suspension maintains a constant value at a low shear rate. This is because the mesostructure, which is a fibrous aggregate, is strong enough to withstand the shear force. At high shear rates, the shear stress decreases slightly and then increases due to the destruction and reconstruction of the mesostructure. However, this phenomenon is not clearly observed in the current system. This shows that the particle agglomerates in these suspensions are strong enough to withstand the hydrodynamic stress. At low magnetic field strength (86 kA/m), the FS suspension exhibits the greatest shear stress. It shows a value 10 times greater than that of BS suspension and 5 times greater than that of CI suspension. This is the same as the storage modulus behavior. The low demagnetization coefficient of FS particles enables high shear stress due to their high magnetization. On the other hand, the CI suspension shows the highest shear stress at high magnetic fields, followed by the FS and BS suspensions in the same order as the previous magnetic saturation magnetic force (Ms) values (Fig. 5(a)). The apparent shear viscosity of the suspension (η = τ/(γ) ?, where τ is the shear stress and (γ) ? is the shear rate) is shown in Fig. 5(b) as a function of the shear rate in different magnets. field. Regardless of the magnetic field strength, all suspensions show shear thinning behavior as a result of shear-induced mesostructure destruction. The order of magnitude of shear viscosity was the same as that of shear stress.

도 5(c)는 86 및 343 kA/m의 두 가지 다른 자기장에 대한 전단 속도(0.1-500 s-1)의 함수로서 FS 및 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2에 대한 전단 응력 및 점도 곡선을 보여준다. 일반적으로 MR 유체의 전단응력 곡선은 전단속도에 따라 두 영역으로 나눌 수 있다. 낮은 전단 속도에서 사슬형 구조는 유체역학적 응력을 견딜 수 있고 전단 응력은 전단 속도의 변화에 대한 반응으로 거의 변화를 보이지 않는다. 대조적으로, 유체역학적 응력은 전단 속도에 따라 증가하고 자기장에 의해 생성된 메조구조를 파괴한다. 그러나 FS 또는 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2 현탁액에 대한 전단 응력 곡선은 중간 전단 속도에서 발생하는 사슬형 구조의 파손 및 복원현상이 뚜렷이 보이지는 않는다. 이것은 이 두 현탁액의 사슬형 구조가 중간 전단 속도에서 외부 전단 응력을 견디기에 충분히 견고하다는 것을 의미한다. 이는 강자성입자 현탁액들의 공통적인 특징으로 앞서 CI 및 BS 현탁액들과 동일한 거동을 보인다. 서로 다른 자기장 강도에서 전단 응력 변화의 경향은 FS 및 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2 현탁액에 대해 다르다. 구체적으로, 86 kA/m의 전계강도에서 FS 현탁액의 전단응력은 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2 현탁액의 거의 2배였다. 343 kA/m의 고강도 필드를 인가하였을 때 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2 현탁액은 전단응력의 더 큰 증가를 보였고, 전단응력 결과와 같이 자기장 강도가 증가함에 따라 점도가 증가하였고, FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2 현탁액의 증가가 FS 현탁액에서 보다 더 높았다 (도 5(d)).Figure 5(c) shows the shear stress and viscosity curves for FS and FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 as a function of shear rate (0.1-500 s-1) for two different magnetic fields of 86 and 343 kA/m. show In general, the shear stress curve of MR fluid can be divided into two regions according to the shear rate. At low shear rates, the chain-like structures can withstand the hydrodynamic stress, and the shear stress shows little change in response to changes in shear rate. In contrast, the hydrodynamic stress increases with the shear rate and destroys the mesostructure created by the magnetic field. However, the shear stress curves for the FS or FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 suspensions do not clearly show the failure and restoration of chain-like structures that occur at moderate shear rates. This means that the chain-like structures of these two suspensions are robust enough to withstand external shear stress at moderate shear rates. This is a common feature of ferromagnetic particle suspensions and shows the same behavior as the CI and BS suspensions. The trend of shear stress change at different magnetic field intensities is different for FS and FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 suspensions. Specifically, the shear stress of the FS suspension at a field strength of 86 kA/m was almost twice that of the FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 suspension. When a high-intensity field of 343 kA/m was applied, the FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 suspension showed a larger increase in shear stress, and the viscosity increased as the magnetic field strength increased as a result of the shear stress, and FS@Co 0.4 The increase of the Fe 0.4 Ni 0.2 suspension was higher than that of the FS suspension (Fig. 5(d)).

<분석예 3> 자기장에 따른 자기유변유체의 항복응력 분석<Analysis Example 3> Analysis of yield stress of magnetorheological fluid according to magnetic field

도 6은 본원 발명의 일 구현예에 따른 레오미터를 이용하여 실험적으로 측정한 자기유변 현탁액들의 항복응력 값으로서 (a) 86kA/m 및 343kA/m의 자기장 강도에서 10vol%의 CI, BS 및 FS 자기유변체에 대한 전단점도 대 전단응력. (b) FS 및 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2 MR 유체에 대한 전단 응력의 함수로서의 전단 점도를 나타낸 것이다.Figure 6 is the yield stress values of magnetorheological suspensions experimentally measured using a rheometer according to an embodiment of the present invention (a) CI, BS and FS of 10 vol% at magnetic field strengths of 86 kA / m and 343 kA / m Shear viscosity versus shear stress for magnetorheological. (b) Shear viscosity as a function of shear stress for FS and FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 MR fluids.

항복응력 τsy는 실험적으로 점도 곡선이 급격히 감소하는 지점으로 결정되며 도 6과 같이 제어된 전단 응력(CSS) 모드 하에서 측정할 수 있다. 낮은 전단 응력에서 점도는 높은 값을 유지하다가 갑자기 정적 항복점에서 몇 승수자릿수만큼 감소한다. FS 및 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2 MR 유체의 측정된 정적 항복 응력 값은 도 6 (a)에 나와 있으며 하기 표 2에 Fe3O4 복합 재료 기반 유체와 비교하여 정리하였다. The yield stress τsy is experimentally determined as the point at which the viscosity curve rapidly decreases and can be measured under controlled shear stress (CSS) mode as shown in FIG. 6 . At low shear stress, the viscosity remains high and then suddenly decreases by several orders of magnitude at the static yield point. The measured static yield stress values of FS and FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 MR fluids are shown in FIG.

항복응력 ( Pa )Yield stress (Pa)
Light
transmission(%)

Light
transmission (%)
H= 86(kA/m)H = 86 (kA/m) H=
343(kA/m)
H =
343 (kA/m)
Co0.4Fe0.4Ni0.2(7.85g/cm3)Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 (7.85 g/cm 3 ) 1,5601,560 7,0527,052 8181 FS (7.20 g/cm3)FS (7.20 g/cm 3 ) 2,7622,762 6,0786,078 3333 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2(5.75g/cm3)FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 (5.75 g/cm 3 ) 1,4471,447 5,4125,412 2323 HS-Fe3O4 (3.32 g/cm3)HS-Fe 3 O 4 (3.32 g/cm 3 ) 337337 588588 4545

각 샘플의 세 가지 항복 응력 값은 비슷하게 나타났다. 이것은 전단 응력 곡선에서 명확하게 관찰된 바와 같이 낮은 전단 속도에서 전단 응력의 급격한 변화를 나타내지 않는 사슬형 구조의 견고성을 보여준다. FS와 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2의 항복 응력을 비교하면 두 샘플의 자기장 강도에 대한 항복응력의 다른 경향이 나타난다. FS 현탁액의 경우 자기장 강도가 86kA/m에서 343kA/m로 증가할 때 측정된 정적 항복 응력이 ~2.2배 (2762Pa에서 6078Pa로) 증가하였다. 한편, FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2 현탁액의 정적 항복 응력은 동일한 자계 강도 변화로 ~ 3.7배 (1447 Pa에서 5412 Pa로) 증가하였다. FS의 항복 응력은 86 kA/m에서 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2의 거의 두 배인 반면, 343 kA/m에서는 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2의 항복 응력의 1.12배에 불과하였다. The three yield stress values of each sample were similar. This demonstrates the robustness of the chain-like structure, which does not show an abrupt change in shear stress at low shear rates, as clearly observed in the shear stress curves. Comparing the yield stress of FS and FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 shows different trends of yield stress with respect to magnetic field strength for the two samples. For the FS suspension, the measured static yield stress increased ~2.2 times (from 2762 Pa to 6078 Pa) when the magnetic field strength increased from 86 kA/m to 343 kA/m. On the other hand, the static yield stress of the FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 suspension increased ~3.7 times (from 1447 Pa to 5412 Pa) with the same field strength change. The yield stress of FS is almost twice that of FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 at 86 kA/m, whereas it is only 1.12 times that of FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 at 343 kA/m.

자기장 강도에 따른 항복 응력 증가의 이러한 서로 다른 경향은 두 자성 재료의 대조적 자기 특성으로 설명할 수 있다. VSM 결과에 대한 논의에서 언급한 바와 같이, 면과 평행한 방향의 작은 자기소거계수 때문에 FS의 자화는 낮은 자기장 강도에서 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2보다 훨씬 빠르게 증가하고 빠르게 포화 값에 도달했다. 86 kA/m의 자기장 강도는 VSM 곡선에서 1.08 kOe에 해당하며, 여기서 FS의 자화는 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2의 자화보다 실질적으로 더 크므로 결과적으로 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2에 비해 FS의 항복 응력이 훨씬 더 크다. 반면에 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2의 자화는 자기장 강도가 증가함에 따라 천천히 증가한다. 343 kA/m에서 두 구성 요소가 거의 자기적으로 포화 상태인 경우 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2의 자화는 Co0.4Fe0.4Ni0.2의 더 큰 포화 자화 때문에 FS의 자화값보다 크다 (도 3(b)). 따라서 자기장 강도의 증가에 따른 항복응력 반응의 증가는 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2에서 더 커야 한다. 그러나 343 kA/m에서 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2의 정적 항복 응력은 입자표면에 붙은 입자 Co0.4Fe0.4Ni0.2간에 형성된 비자성 기공 또는 공극이 있기 때문에 FS보다 낮다. 공극 또는 기공의 함량은 각 입자의 밀도를 기준으로 24%로 계산되었다. FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2 입자 현탁액의 항복 응력 값은 4966 Pa로 계산된다. 따라서 446 Pa의 추가 응력은 FS 및 Co0.4Fe0.4Ni0.2 구성 요소의 시너지 효과에 기인한다(표2).These different trends of yield stress increase with magnetic field strength can be explained by the contrasting magnetic properties of the two magnetic materials. As mentioned in the discussion of the VSM results, the magnetization of FS increased much faster than that of FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 at low magnetic field strengths and quickly reached saturation values because of the small demagnetization coefficient in the plane-parallel direction. A magnetic field strength of 86 kA/m corresponds to 1.08 kOe in the VSM curve, where the magnetization of FS is substantially greater than that of FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 and consequently, compared to FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 The yield stress of FS is much larger. On the other hand, the magnetization of FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 increases slowly as the magnetic field strength increases. At 343 kA/m, when both components are almost magnetically saturated, the magnetization of FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2 is larger than that of FS because of the larger saturation magnetization of Co0.4Fe0.4Ni0.2 (Fig . 3( b)). Therefore, the increase in yield stress response with increasing magnetic field strength should be larger for FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 . However, the static yield stress of FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 at 343 kA/m is lower than that of FS because there are non-magnetic pores or voids formed between Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 particles attached to the particle surface. The voids or pore content was calculated as 24% based on the density of each particle. The yield stress value of FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 particle suspension is calculated to be 4966 Pa. Therefore, the additional stress of 446 Pa is due to the synergistic effect of the FS and Co0.4Fe0.4Ni0.2 components (Table 2).

높은 자기장 강도에서 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2 현탁액의 항복 응력은 공극 또는 기공의 존재로 인해 FS 현탁액보다 작지만 Fe3O4 복합 기반 MR 유체보다 실질적으로 크다. 현탁액의 유변특성을 Fe3O4의 나노입자를 응집시켜만든 계층적으로 구조화된 나노 Fe3O4(HS-Fe3O4) 입자 현탁액에서 조사하였다. 자기장 강도 343kA/m에서 높은포화 자화값으로 인하여 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2 입자가 비록 나노복합체 입자이지만 측정된 정적 항복 응력은 HS-Fe3O4보다 ~9.2배 더 크다. FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2의 포화 자화 및 밀도가 HS-Fe3O4보다 크므로 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2 MR 유체의 자화는 HS-Fe3O4 MR 유체의 자화보다 크게되어 동반상승효과의 높은 항복응력을 나타냄을 확인할 수 있다. FS와 흡착된 Co0.4Fe0.4Ni0.2 나노입자의 시너지 효과는 잉여 항복 응력을 균일하게 제공한다.At high magnetic field strengths, the yield stress of the FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 suspension is smaller than that of the FS suspension due to the presence of voids or porosity, but substantially larger than that of the Fe3O4 complex-based MR fluid. The rheological properties of the suspension were investigated in a hierarchically structured nano Fe3O4 (HS-Fe3O4) particle suspension prepared by aggregating Fe3O4 nanoparticles. Due to the high saturation magnetization value at the magnetic field strength of 343 kA/m, the measured static yield stress of the FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 particles is ~9.2 times greater than that of HS-Fe3O4, even though they are nanocomposite particles. Since the saturation magnetization and density of FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 is greater than that of HS-Fe3O4, the magnetization of FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 MR fluid is greater than that of HS-Fe3O4 MR fluid, resulting in a high yield stress due to the synergistic effect. It can be confirmed that . The synergistic effect of FS and adsorbed Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 nanoparticles uniformly provides excess yield stress.

<분석예 4> 자기장에 따른 자기유변유체의 침강속도 분석<Analysis Example 4> Analysis of sedimentation rate of magnetorheological fluid according to magnetic field

본원 발명의 일 구현예에 따라 제조된 제조예 1과 2에서 제조한 자성입자가 분산된 자기유변유체의 침강속도변화를 보기 위하여 제조된 자성입자를 분산시킨 자기유변체를 터비스캔(Turbiscan) 바이얼에 넣고 Turbiscan을 사용하여 각 샘플에 대해 기록된 침강 프로파일을 시간의 함수로 도 7에 나타내었다.In order to see the change in sedimentation rate of the magnetorheological fluid prepared in Preparation Examples 1 and 2 prepared in accordance with one embodiment of the present invention, in which the magnetic particles are dispersed, the magnetorheological in which the prepared magnetic particles are dispersed is tested by Turbiscan. The sedimentation profile recorded for each sample using Turbiscan as a function of time is shown in FIG. 7 .

도 7은 본원 발명의 일 구현예에 따른 현탁액들의 안정성을 보여주는 실험결과로서 (a) 24시간 동안 CI, 벌크 센더스트 및 플레이크 센더스트에 대한 시간 [h]의 함수로서의 투과율 (%) 곡선. (b) 24시간 동안 Co0.4Fe0.4Ni0.2, FS 및 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2입자에 대한 시간(h)의 함수로서의 투과율(%) 곡선을 나타낸 것이다.Figure 7 is an experimental result showing the stability of suspensions according to an embodiment of the present invention (a) transmittance (%) curve as a function of time [h] for CI, bulk sandust and flake sandust for 24 hours. (b) Transmittance (%) curves as a function of time (h) for Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 , FS and FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 particles for 24 hours.

세 가지 (CI, BS, FS) 현탁액 모두에 대한 광 투과량은 2~3 시간 내에 급격히 증가한다. 측정된 투과율은 시간이 지남에 따라 점진적으로 증가하고 결국에는 안정화된다. 24시간 후 Turbiscan은 CI, BS 및 FS 현탁액에 대해 각각 72.6%, 69.0% 및 29.6%의 광 투과율을 기록하였다. FS의 밀도는 BS의 밀도보다 크지만 FS 현탁액은 놀랍게도 BS 현탁액의 밀도보다 훨씬 안정적이다. 거의 70%의 FS 입자가 24시간 후 바닥에 가라앉지 않았다. 이 동작은 FS 입자의 디스크 모양에 기인한다. 판상형입자는 넓은 표면적으로 인하여 구형입자보다 높은 유체저항계수를 갖게 되고 이로 인하여 침강 속도가 낮아지게 되며 현탁액의 안정성도 따라서 증가된다.The light transmittance for all three suspensions (CI, BS, FS) increases rapidly within 2-3 hours. The measured transmittance gradually increases over time and eventually stabilizes. After 24 hours the Turbiscan recorded light transmittances of 72.6%, 69.0% and 29.6% for the CI, BS and FS suspensions, respectively. Although the density of FS is greater than that of BS, the FS suspension is surprisingly much more stable than the density of the BS suspension. Almost 70% of the FS particles did not settle to the bottom after 24 hours. This behavior is due to the disc shape of the FS particle. Plate-shaped particles have a higher coefficient of fluid resistance than spherical particles due to their large surface area, thereby lowering the sedimentation rate and increasing the stability of the suspension accordingly.

FS 및 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2 MR 현탁액에 대해서도 같은 장기 안정성을 터비스캔을 이용하여 광투과율의 변화로 측정하였다 (도 7(b) 과 표2). 이들 현탁액의 광 투과율도 테스트 초기 단계에서 빠르게 증가하다가 매우 천천히 증가하는 경향을 보인다. 초기 단계 이후에는 24시간까지 광투과율의 뚜렷한 변화가 관찰되지 않았으며 24시간에서의 최종 투과율 값은 Co0.4Fe0.4Ni0.2, FS, FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2의 경우 73%, 33% 및 23%였으며, 이는 매체에 남아 있는 입자의 양이 Co0.4Fe0.4Ni0.2, FS 현탁액 및 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2의 경우 27%, 67% 및 77%임을 의미한다. FS 입자 현탁액(33%)의 투과율 값을 FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2현탁액(81%)의 투과 값과 비교할 때 후자는 FS 입자(7.2)의 비교적 높은 밀도 값에도 불구하고 매우 향상된 안정성을 나타내었다. Co0.4Fe0.4Ni0.2 입자는 높은 밀도로 인하여(7.85g/cm3) 안정성이 낮지만 (입자들의 빠른 침강이 일어남) FS@Co0.4Fe0.4Ni0.2 입자 현탁액과 FS현탁액에 비해서 매우 향상된 안정성을 보이는 것은 예외적인 일로 이는 FS입자의 형태가 침전에 미치는 영향 이외에도 (도7(a)) Co0.4Fe0.4Ni0.2 나노입자가 FS입자표면에 부착되어 (도2(d)) 표면의 마찰저항성이 커지기 때문이다. 또 나노입자들 사이의 공극도 안정성 향상에 도움을 준다.For the FS and FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 MR suspensions, the same long-term stability was measured by the change in light transmittance using Terviscan (Fig. 7(b) and Table 2). The light transmittance of these suspensions also tends to increase rapidly at the initial stage of the test and then increase very slowly. After the initial stage, no significant change in light transmittance was observed until 24 hours, and the final transmittance values at 24 hours were 73% for Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 , FS, FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 and 23%, which means that the amount of particles remaining in the medium was 27%, 67% and 77% for Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 , FS suspension and FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 . When comparing the transmittance value of the FS particle suspension (33%) with that of the FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 suspension (81%), the latter shows significantly improved stability despite the relatively high density value of the FS particle (7.2). was Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 particles have low stability due to their high density (7.85 g/cm3) (rapid sedimentation of the particles), but show significantly improved stability compared to FS@Co 0.4 Fe 0.4 Ni 0.2 particle suspension and FS suspension. It is exceptional that, in addition to the effect of the shape of the FS particles on precipitation (Fig. 7 (a)), Co0.4Fe0.4Ni0.2 nanoparticles are attached to the surface of the FS particles (Fig. 2 (d)), resulting in the frictional resistance of the surface. because it grows In addition, the air gap between the nanoparticles also helps to improve stability.

본원 발명에서 제조된 자기유변유체는 판상형의 강자성 및 상자성 입자와 오일미디움으로 이루어져 있으며, 외부의 자기장이 가해지면 입자의 내부와 표면에 분극현상(polarization)에 의해서 입자들이 배열하고 섬유구조(fibril structure)를 형성하여 점도 향상과 유체의 흐름을 방해함으로써 항복응력이 발생하게 되고 이때의 항복응력은 자기장의 세기에 따라 증가하고, 가해진 전단응력(shear stress)이 유체의 항복응력보다 커지면 유체가 흐르게 된다. 본 발명의 자기유변체는 자성입자가 판상형으로 생김으로써 자기소거(비자성화)인자가 작용하게 되어 면방향으로의 자기화가 훨씬 강하게 작용해서 낮은 자기장하에서 자기분극현상이 급격히 증가함으로써 다른 등방형 입자에 비해 강한 자성분극이 발생하여 입자들 간에 강한 응집체를 형성하게 되어 낮은 자기장강도에서 높은 항복응력을 갖는 자기유변체의 특징을 가지며, 이때의 기하학적 형태로 인하여 입자의 부유 안정성이 증가되어 침강속도를 현저히 줄일 수 있다. 더욱이 이 판상형 입자 표면에 다른 형태의 강자성 나노입자들을 부착함으로써 표면 거칠음을 증가시켜 유체저항을 높임으로써 안정성을 향상시킴과 동시에 나노입자의 자성증대로 인하여 시너지효과를 가짐으로써 더욱 효율적이고 안정적인 자기유변체를 제조할 수 있다. 이 자기유변체의 자기장에 대한 응답속도는 미리초(10-3초) 수준으로 매우 빠르고 가역적인 동시에 안정성이 현저히 향상되었으므로 자기유변유체를 이용한 클러치, 엔진마운트, 진동제어장치, 고층건물 내진 장치, 로보틱 시스템(robotic system) 등의 각종 장비개발에 널리 활용될 수 있을 것이다. 그리고 이들 고성능 자기유변유체입자들은 대부분 전도성 입자들이므로 함량을 훨씬 적게 하여 전기적 쇼트가 안 일어나는 범위이내에서 다른 절연입자와 혼합함으로서 전기장하에서 반응하는 전기유변체로도 적용할 수 있다.The magnetorheological fluid prepared in the present invention is composed of plate-shaped ferromagnetic and paramagnetic particles and oil medium, and when an external magnetic field is applied, the particles are arranged by polarization on the inside and surface of the particles and have a fibril structure ) is formed to improve the viscosity and hinder the flow of the fluid, resulting in yield stress. At this time, the yield stress increases according to the strength of the magnetic field, and when the applied shear stress is greater than the yield stress of the fluid, the fluid flows . In the magnetorheological material of the present invention, magnetic particles are formed in a plate shape, so a demagnetization (non-magnetization) factor acts, so that the magnetization in the plane direction acts much stronger, and the magnetic polarization phenomenon rapidly increases under a low magnetic field, so that other isotropic particles Strong magnetic polarization occurs and strong agglomerates are formed between the particles, which has the characteristics of a magnetorheological body having a high yield stress at a low magnetic field strength. can be reduced Furthermore, by attaching different types of ferromagnetic nanoparticles to the surface of these plate-shaped particles, surface roughness is increased to increase fluid resistance, thereby improving stability, and at the same time, a more efficient and stable magnetorheological by having a synergistic effect due to the increase in magnetism of the nanoparticles. can be manufactured. The response speed of this magnetorheological fluid to the magnetic field is very fast and reversible at the level of milliseconds (10 -3 seconds), and stability is remarkably improved. It will be widely used in the development of various equipment such as robotic systems. In addition, since most of these high-performance magnetorheological fluid particles are conductive particles, they can be applied as an electric fluid that reacts under an electric field by mixing with other insulating particles within a range that does not cause an electrical short with a much smaller content.

Claims (11)

자성 입자를 미세 단조 공정을 이용하여 판상형 자성 입자를 형성하는 자성 입자 판상화 공정; 및
상기 판상형 자성 입자와 강자성 나노입자의 전구체인 금속염 혼합물을 용매 존재하에서 환원반응을 통하여 판상형 자성 입자의 표면에 강자성 나노입자를 부착하는 나노 입자 부착 공정을 포함하는 자기 이방성을 가지는 자성 입자의 제조방법.
a magnetic particle plate-shaped process of forming plate-shaped magnetic particles by using a fine forging process of magnetic particles; and
A method of producing magnetic particles having magnetic anisotropy, comprising a nanoparticle attachment step of attaching the ferromagnetic nanoparticles to the surface of the plate-like magnetic particles through a reduction reaction of the metal salt mixture, which is a precursor of the plate-like magnetic particles and the ferromagnetic nanoparticles, in the presence of a solvent.
청구항 1에 있어서,
상기 자성 입자는 철, 카보닐철, 철 합금체, 산화철, 질화철, 카바이드철, 저탄소강, 니켈, 코발트, 이들의 혼합물 및 이들의 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 자기 이방성을 가지는 자성 입자의 제조방법.
The method of claim 1,
The magnetic particles are magnetic anisotropy, characterized in that at least one selected from the group consisting of iron, carbonyl iron, iron alloys, iron oxide, iron nitride, carbide iron, low carbon steel, nickel, cobalt, mixtures thereof, and alloys thereof. Method for producing magnetic particles having a.
청구항 1에 있어서,
상기 강자성 나노입자는 철, 카보닐철, 철 합금체, 산화철, 질화철, 카바이드철, 저탄소강, 니켈, 코발트, 이들의 혼합물 및 이들의 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 1 종 이상의 나노미터 크기의 강자성 입자인 것을 특징으로 하는 자기 이방성을 가지는 자성 입자의 제조방법.
The method of claim 1,
The ferromagnetic nanoparticles are one or more nanometer-sized ferromagnetic particles selected from the group consisting of iron, carbonyl iron, iron alloys, iron oxide, iron nitride, iron carbide, low carbon steel, nickel, cobalt, mixtures thereof, and alloys thereof. Method for producing magnetic particles having magnetic anisotropy, characterized in that the particles.
청구항 1 내지 3 중 어느 하나의 방법에 따라 제조되어,
판상형 자성 입자의 표면에 강자성 나노입자를 부착된 것을 특징으로 하는 자기 이방성을 가지는 자성 입자.
It is prepared according to any one of claims 1 to 3,
Magnetic particles having magnetic anisotropy, characterized in that ferromagnetic nanoparticles are attached to the surface of the plate-shaped magnetic particles.
청구항 1 내지 3 중 어느 하나의 방법에 따라 판상형 자성 입자의 표면에 강자성 나노입자를 부착된 자기 이방성을 가지는 자성 입자를 제조하는 자성 입자 제조공정; 및
상기 자기 이방성을 가지는 자성 입자를 유체에 분산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기유변유체의 제조방법.
A magnetic particle manufacturing process of manufacturing magnetic particles having magnetic anisotropy by attaching ferromagnetic nanoparticles to the surface of the plate-shaped magnetic particles according to any one of claims 1 to 3; and
Method for producing a magnetorheological fluid comprising the step of dispersing the magnetic particles having magnetic anisotropy in a fluid.
청구항 5에 있어서,
상기 유체는 윤활유, 미네랄오일, 실리콘오일, 캐스터오일, 파라핀오일, 진공 오일, 콘 오일 및 탄화수소 오일로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 자기유변유체의 제조방법.
The method of claim 5,
The method of producing a magnetorheological fluid, characterized in that the fluid is selected from the group consisting of lubricating oil, mineral oil, silicone oil, castor oil, paraffin oil, vacuum oil, cone oil and hydrocarbon oil.
청구항 5에 있어서,
상기 자기 이방성을 가지는 자성 입자는 유체에 5 내지 50 부피%로 분산되는 것을 특징으로 하는 자기유변유체의 제조방법.
The method of claim 5,
The method for producing a magnetorheological fluid, characterized in that the magnetic particles having magnetic anisotropy are dispersed in 5 to 50% by volume in the fluid.
판상형 자성 입자의 표면에 강자성 나노입자가 부착된 자기 이방성을 가지는 자성 입자; 및 유체를 포함하고,
상기 자기 이방성을 가지는 자성 입자가 유체 내에 5 내지 50 부피%로 분산되는 것을 특징으로 하는 자기유변유체.
Magnetic particles having magnetic anisotropy in which ferromagnetic nanoparticles are attached to the surface of plate-shaped magnetic particles; and a fluid;
Magnetorheological fluid, characterized in that the magnetic particles having magnetic anisotropy are dispersed in 5 to 50% by volume in the fluid.
청구항 8에 있어서,
상기 판상형 자성 입자 및 표면에 부착되는 강자성 나노입자는 철, 카보닐철, 철 합금체, 산화철, 질화철, 카바이드철, 저탄소강, 니켈, 코발트, 이들의 혼합물 및 이들의 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 1 종 이상이고,
상기 유체는 윤활유, 미네랄오일, 실리콘오일, 캐스터오일, 파라핀오일, 진공 오일, 콘 오일 및 탄화수소 오일로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 자기유변유체.
The method of claim 8,
The plate-shaped magnetic particles and ferromagnetic nanoparticles attached to the surface are selected from the group consisting of iron, carbonyl iron, iron alloys, iron oxide, iron nitride, carbide iron, low carbon steel, nickel, cobalt, mixtures thereof, and alloys thereof one or more species;
Magnetorheological fluid, characterized in that the fluid is selected from the group consisting of lubricating oil, mineral oil, silicone oil, castor oil, paraffin oil, vacuum oil, cone oil and hydrocarbon oil.
청구항 8 또는 청구항 9에 따른 자기유변유체는 서스펜션, 클러치, 충격완화장치, 진동제어 장치, 내진장치, 및 연마장치의 충격 또는 진동을 억제하거나 제어하는 용도로 사용되는 것을 특징으로 하는 자기유변유체.The magnetorheological fluid according to claim 8 or 9 is used for suppressing or controlling shock or vibration of suspensions, clutches, shock mitigation devices, vibration control devices, earthquake-resistant devices, and polishing devices. 판상형 자성 입자의 표면에 강자성 나노입자가 부착된 자기 이방성을 가지는 자성 입자; 전열체 입자 및 유체를 포함하고,
상기 자기 이방성을 가지는 자성 입자가 유체 내에 5 내지 50 부피%로 분산되는 것을 특징으로 하는 전기유변유체.
Magnetic particles having magnetic anisotropy in which ferromagnetic nanoparticles are attached to the surface of plate-shaped magnetic particles; Including the heat transfer body particles and the fluid,
Electrorheological fluid, characterized in that the magnetic particles having magnetic anisotropy are dispersed in the fluid at 5 to 50% by volume.
KR1020210186635A 2021-12-23 2021-12-23 High performance magnetorheological fluids having magnetic anisotropic particle and preparation method threreof KR102564042B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210186635A KR102564042B1 (en) 2021-12-23 2021-12-23 High performance magnetorheological fluids having magnetic anisotropic particle and preparation method threreof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210186635A KR102564042B1 (en) 2021-12-23 2021-12-23 High performance magnetorheological fluids having magnetic anisotropic particle and preparation method threreof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230096775A KR20230096775A (en) 2023-06-30
KR102564042B1 true KR102564042B1 (en) 2023-08-03

Family

ID=86960098

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210186635A KR102564042B1 (en) 2021-12-23 2021-12-23 High performance magnetorheological fluids having magnetic anisotropic particle and preparation method threreof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102564042B1 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101768711B1 (en) 2014-07-21 2017-08-17 서울대학교산학협력단 Magnetorheological fluids containing ferro-magnetic compounds wrapped by foamed polymer and their preparation method
KR20170008689A (en) * 2015-07-14 2017-01-24 주식회사 씨케이머티리얼즈랩 Magnetorheological fluid comprising complex magnetic particles and its manufacturing method
KR102575360B1 (en) 2021-11-26 2023-09-08 명화공업주식회사 Die casting device

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230096775A (en) 2023-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Song et al. Effect of magnetic nanoparticle additive on characteristics of magnetorheological fluid
Hajalilou et al. Field responsive fluids as smart materials
US6027664A (en) Method and magnetorheological fluid formulations for increasing the output of a magnetorheological fluid
Cho et al. Encapsulation of spherical iron-particle with PMMA and its magnetorheological particles
US5547049A (en) Magnetorheological fluid composite structures
US6451220B1 (en) High density magnetic recording compositions and processes thereof
Mordina et al. Magnetorheology of polydimethylsiloxane elastomer/FeCo3 nanocomposite
US10910153B2 (en) Superparamagnetic iron cobalt alloy and silica nanoparticles of high magnetic saturation and a magnetic core containing the nanoparticles
Maurya et al. Effect of Fe₃O₄ nanoparticles on magnetorheological properties of flake-shaped carbonyl iron water-based suspension
Leong et al. Performance of bidisperse magnetorheological fluids utilizing superparamagnetic maghemite nanoparticles
US20140346389A1 (en) Superparamagnetic iron oxide and silica nanoparticles of high magnetic saturation and a magnetic core containing the nanoparticles
Quan et al. Core-shell structured polystyrene coated carbonyl iron microspheres and their magnetorheology
Zeng et al. Interparticle interactions in annealed FePt nanoparticle assemblies
US20030042461A1 (en) Magnetorheological fluids with an additive package
Choi et al. How to resolve the trade-off between performance and long-term stability of magnetorheological fluids
US20240047102A1 (en) Anisotropic iron nitride permanent magnets
KR102564042B1 (en) High performance magnetorheological fluids having magnetic anisotropic particle and preparation method threreof
EP1598834A2 (en) Nanomagnetic materials
Pal et al. Nanocrystalline magnetic alloys and ceramics
JP2001181754A (en) Magnetic recording medium, rare earth-iron-boron series magnetic powder used therfor and method for producing the magnetic powder
Cao et al. The effects of composition and thermal treatment on the magnetic properties of Fe 100-x Co x nanowire arrays based on AAO templates
Hajalilou et al. Magnetorheological (MR) fluids
EP1283531A2 (en) Magnetorheological fluids with a molybdenum-amine complex
Shilan et al. Properties of plate-like carbonyl iron particle for magnetorheological fluid
Quan et al. Nanoporous Fe-MCM-22 additive effect on magnetorheological response of magnetic carbonyl iron suspension

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant