彩色磁性液體雕塑塔制作與影響因素分析

周 旭

(大連大學 建筑工程學院，遼寧 大連 116622)

活動藝術與雕塑藝術結合產生的活動雕塑，將雕塑藝術的空間美和運動美表現的淋漓盡致。活動雕塑起源于20世紀50年代，創始人為法國畫家維克多·瓦薩雷麗。突破最早靜止的雕塑作品，國內外已經對其進行探索，開拓性地將磁性液體與雕塑藝術結合，實現了建筑由靜態向動態的轉變[1-4]。我國目前的磁性液體展示實驗裝置，有利用浮力特性[5]和在磁場梯度作用下納米磁性顆粒的空間分布不同[6]等磁性液體自身性質進行開發，也有借助激光傳感器[7]、LED 顯示等電子技術進行效果展示，但在建筑雕塑領域的研究工作尚不足。本作品在日本藝術家爾玉幸子提出的“磁性液體雕塑”交互藝術[8]和工作室納米磁性液體的建筑雕塑塔裝置開發研制[9]階段性成果的基礎上，創作出彩色磁性液體雕塑塔成品，將磁性液體和雕塑藝術有機結合，進一步豐富了磁性液體雕塑塔的研究內容。

1 磁性液體和傳統雕塑塔裝置介紹

1.1 磁性液體

如圖1所示，磁性液體(magnetic liquid)由具有良好磁導向性、單分散性、處于納米級(1～100nm)的強磁性顆粒，以及避免顆粒團聚的表面活性劑和用來懸浮磁粉的基載液組成,超微磁性顆粒被表面活性劑包覆。磁性液體是一種高度穩定的膠態液體磁性材料[10]，又稱磁流體或磁性膠體。

圖1 磁性液體微觀結構示意圖

如圖2所示，當處于一定的磁場條件下，磁性液體中原來無序的磁疇會瞬間有序化，從而呈現出獨特的隨周圍磁力線分布而形成三維尖峰或其他界面形式變化——界面不穩定現象。磁性液體介電特性所表現的磁電方向效應，使磁性顆粒產生了球形分布向長鏈形的分布變化[11]，導致該處磁性液體表觀密度增加[12]，宏觀表現為界面不穩定現象。

圖2 磁性液體界面不穩定現象——三維尖峰

1.2 傳統磁性液體建筑雕塑塔裝置

傳統磁性液體建筑雕塑塔模型見圖3。磁性液體建筑雕塑塔裝置結構[9]見圖4。傳統磁性液體雕塑塔由無色透明液體、建筑雕塑塔、透明玻璃容器、納米磁性液體、勵磁線圈和底座組成。建筑雕塑塔模型參數見表1，勵磁線圈繞制參數見表2。

圖3 建筑雕塑塔模型

塔底邊長/mm塔頂邊長/mm塔高/mm底部斜度/(°)2368175

表2 勵磁線圈繞制參數

搭建方式：由導磁材料加工而成的建筑雕塑塔置于透明玻璃容器內，從底部的微孔注入黑色磁性液體和彩色透明溶液，進行密封處理，待固定勵磁線圈和底座后，從而制成整體樣機。

圖4中的無色透明液體的作用是使磁性液體不會粘附透明玻璃容器，使磁性液體展示時能夠連續流動。本研究的重點在于對無色透明液體進行上色處理，從而自行配置彩色透明液體，進一步拓展我國磁性液體雕塑塔的研究工作。

圖4 磁性液體建筑雕塑塔裝置結構示意圖

2 新型彩色透明液體的配制研究

為了配置成彩色透明液體，需要選擇相溶性和透明性好的有色溶劑，并要求彩色透明液體與磁性液體不相溶，為此進行以下實驗研究。

2.1 無色透明液體與有色溶液的相溶性研究

根據同性相溶的原理，實驗主要針對有機染料(堿性品紅和弱酸性墨水紅，分別記為A和B)進行，同時還取無機染料C、有機顏料D和無機顏料E作為對照組。無色透明液體與有色粉末的相溶性實驗的步驟：取5個實驗瓶，依次編號為A～E，分別在其中緩慢加入相同編號的有色粉末。先后采用震蕩處理和密封袋封裝處理，在溫度20 ℃下靜置7 d。最后發現，編號為A、B實驗瓶的有色溶劑與無色透明液體溶合后，相溶性和透明性均較好(見表3)，較為符合實驗預期。

表3 A—E編號實驗瓶的實驗現象

注：此初選實驗結果的充要條件為“相溶且透明”，先后按照相溶性、透明性進行檢驗。若樣品實驗結果呈現不溶，則不進行透明性結果標注。

然后利用質量為12.1 g、容積為5.926 0 cm3的密度杯，測出A、B實驗瓶中的飽和彩色透明液體樣品的密度ρ。完全裝滿彩色透明液體樣品的密度杯，其總質量用m表示，計算得出的密度和相關參數見表4。

表4 飽和彩色透明液體密度

2.2 有色透明液體與磁性液體的不相溶性研究

工作室自制的磁性液體采用PBSI—2153型表面活性劑包覆，然后使氮化鐵磁性顆粒與載液白油互溶制成。納米磁性液體的主要參數一般包括磁飽和強度、固有密度和平均粒度，自制氮化鐵磁性液體的具體參數見表5。

表5 自制氮化鐵磁性液體性能參數

在A、B實驗瓶的飽和彩色透明液體中，緩慢針入上述氮化鐵磁性液體，得到其混合物。先后經過振蕩處理和密封袋封裝處理，并在溫度20 ℃下靜置14 d。得到的彩色透明液體與磁性液體的特征見表6。彩色透明液最優配置材料為樣品B，即弱酸性墨水紅。

表6 混合物特征

2.3 彩色透明液體的穩定性研究

以無色透明液體為主體配制彩色透明液體，目的是確定在最優展示效果時弱酸性墨水紅與無色透明液體的質量比。

實驗步驟：利用納米磁性液體研發工作室現有實驗平臺，用精度為0.1 g的電子天平稱取3份、每份1 g 的弱酸性墨水紅(質量記為m1)，再稱取相應質量的無色透明液體(質量記為m2)，以質量比m1∶m2分別為1∶100、1∶200、1∶300配置彩色透明液體，經過震蕩處理和密封袋封裝處理，在溫度20 ℃下靜置16 h后觀察色彩變化情況，結果見圖5。

由圖5可知，當質量比為1∶200時，彩色透明液體展示的彩色現象最為明顯。

圖5 不同質量比下色彩濃度變化情況

3 新型彩色磁性液體雕塑塔的展示效果和影響因素分析

3.1 新型彩色磁性液體雕塑塔展示效果

與傳統雕塑塔展示裝置的搭建方式類似，利用自行配置的彩色透明液體搭建的彩色磁性液體雕塑塔，展示效果見圖6。本研究拓展了我國磁性液體在建筑雕塑領域的應用研究，它的視覺展示效果更為鮮明。

圖6 彩色磁性液體雕塑塔展示效果對照圖

3.2 彩色磁性液體雕塑塔的影響因素分析

實驗所用有色溶劑，必須要與無色透明液體相溶，形成有色透明溶液。首先，其相溶性和透明性均必須好，以便初步配成彩色透明液體；其次，初步選擇的彩色透明液體，還必須滿足在不破壞磁性液體的情況下，與磁性液體不相溶。在本實驗組中，得出弱酸性墨水紅為最優選取材料，它能使磁性液體的展示最有效。由于該裝置需要長久封裝保存在展覽館和博物館等地方，對初步選擇的彩色透明液體進行密封式的穩定性實驗，確定了彩色液體的最佳質量配比為1∶20，最后組裝成新型彩色磁性液體雕塑塔展示裝置。

今后進一步的研究，是要推廣到其他顏色。

4 結束語

利用自行配制的彩色透明液體，改變傳統磁性液體的組成，成功地搭建彩色透明液體雕塑塔樣機。通過定量和定性實驗，對彩色透明液體的配制進行了研究。在材料宏觀結構方面，這種三維立體、受磁場控制的展示裝置——彩色磁性液體雕塑塔，不僅會更廣泛應用于科技展館等展覽場所，而且也會向磁懸浮等的智能化方向發展。

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