日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）與早稻田大學和日本立邦控股公司共同開發出了長期貯藏也不會沉澱的高穩定性磁流變液（MR流體）。

MR流體是將鐵等磁性顆粒分散到油等分散介質中的流體，在車輛的制動器和減震器以及機器人的致動器等機械控制領域備受期待。不過，以往的MR流體存在由於分散在介質中的磁性顆粒容易沉澱，長時間使用的話，會造成裝置損壞或工作不穩定等問題。此次開發的MR流體，透過將具有抑制磁性顆粒沉澱的側鏈聚二甲苯脂肪酸酰胺衍生物應用於分散介質，同時添加直徑爲20～300nm的奈米顆粒，即使静置半年也不會分離，而且可以對外部磁場發揮高應力。

圖1：新開發的MR流體（左）和以往的MR流體（右）的沉澱分離狀態比較（180天后）

1．概要

MR流體是將鐵等磁性顆粒分散到油等分散介質中的流體，具有從外部施加磁場後粘度會發生變化的特性（圖2）。用於汽車制動器和減震器等控制功能時，具有可簡化裝置、實施大減速比及反向行程性優異等特點，此外，還能透過電控制實施靈敏的粘度控制，因此在醫療器械、觸覺技術和VR（虛擬實境）裝置等廣泛領域的應用也受到期待。

圖2：MR流體的工作原理。透過施加外部磁場，可控制磁性顆粒的排列，改變流體的粘度

以往的MR流體存在的課題是，磁性顆粒尺寸相對較大，達到數十μm，儲存幾個月後，磁性顆粒就會在分散介質中沉澱，由此會造成裝置損壞和工作不穩定等。另一方面，爲抑制沉澱，也開發了採用尺寸僅數十～數百nm的小磁性顆粒的MR流體，但由於磁性顆粒尺寸較小，輸出也變小，而且微顆粒本身的材料成本較高，就費用而言很難用於普通的工業用途。

此次開發的MR流體以能發揮大應力的數μ～50μm直徑大磁性顆粒爲主要成分，並將具有可抑制磁性顆粒沉澱的側鏈聚二甲苯脂肪酸酰胺衍生物應用於分散介質，同時添加直徑爲20～300nm的奈米顆粒，由此即使静置半年也不會沉澱，而且能對外部磁場發揮高應力。

2．此次的成果

此次開發的MR流體的特徵是，將具有抑制大磁性顆粒沉澱的側鏈聚二甲苯脂肪酸酰胺衍生物（圖3）應用於分散介質的同時，又在其中添加並分散了一定數量的尺寸比磁性顆粒小（20～300nm）的奈米顆粒（圖4）。利用聚二甲苯脂肪酸酰胺衍生物和微奈米顆粒，可抑制大磁性顆粒的沉澱。

圖3：聚二甲苯脂肪酸酰胺衍生物

圖4：新開發的MR流體的概念圖

一般來說，MR流體對應外部磁場產生的應力與分散的磁性顆粒濃度成正比。但磁性顆粒的濃度達到一定程度以上後，顆粒容易聚集，流體的分散性會顯著降低。相反，要想實施平穩的輸出，需要降低磁性顆粒的濃度，但濃度低的話又容易沉澱。此次開發的MR流體解決了這些課題，不但實施大輸出範圍，還具有高穩定性（圖5）。

圖5：輸出範圍—穩定性（抑制沉澱分離）

另外，對於外部磁場（磁通密度），可在與以往的產品一樣成比例發揮應力的同時，產生較高的最大輸出（圖6）。

圖6：MR流體的磁粘彈性變化（以往產品與新開發品的比較 30mT～1.5T）

3．未來展望

NEDO、早稻田大學和日本立邦控股將利用開發的MR流體，繼續操作共同開發機器人用柔性致動器。

另外，日本立邦控股將利用此前在塗料領域積累的顏料等微顆粒的分散方法和穩定化技術，推進面向工業機械最適化的新MR流體的商品化開發，進一步開拓應用領域（圖7）。

圖7：MR流體的用途示例。

透過控制外部磁場，可對MR流體進行各種運動控制，比如剪切線應力、流動和壓縮力等，因此正研究應用於旋轉、制動、減速器、水壓液壓致動器及隔震減震器等。

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