谭柱华[1]2004年在《电流变液剪切屈服应力预测的理论研究》文中研究说明电流变液是由高介电常数、低电导率的电介质颗粒分散于低介电常数的绝缘液体中形成的悬浮体系，具有通过调节电场强度改变表观粘度和屈服应力的机电耦合特性。在外加电场的作用下会发生毫秒级别的固化效应而具有电致剪切屈服应力，当外加电场撤销的时候，又恢复成原来的流体状。本文从电场的原理和电流变液的工作机理出发，根据一些实验的现象，分别阐述了电流变液的基本的工作机理，对电流变分别在极化和电导两种模式的工作机理进行了研究。 在极化的状况下，利用求解Laplace方程，求解出多粒子下粒子内部的和周围的局部电场的表达式，求解出粒子表面的极化电荷、粒子内部的和外部的局部电场，考虑了粒子间距对局部电场的影响，还分析了，在不同外加电场下对局部电场的影响，并且与ansys有限元的数值结果模拟进行了对比。 在电导模型的基础上，建立在电流变液体在外加电场的作用下，粒子之间会形成某种特定的微观结构，利用等效胞元的方法，将这微观结构等效成一个平板，建立了等效的微观结构平板模型，通过计算电流变液体内部的局部电场，对电流变液体的工作机理和剪切屈服应力进行了预测，并且分别考虑了在不同的粒子间距、不同的粒子浓度、不同的外加电场的情况下，对剪切屈服应力的影响。
王志远[2]2017年在《电流变液的力学性能研究及其微观结构研究》文中研究表明作为一种典型的智能材料,电流变液的力学性能在外加电场下能够发生显着的变化,而且这种变化是快速可逆的。鉴于这种特殊性质,电流变液在力电耦合装置中具有广阔的应用前景。因此,电流变液力学性能变化的机理分析一直以来就是电流变液研究领域的重点和难点。在外加电场作用下,电流变颗粒在极板间形成链状结构使电流变液的剪切应力和表观粘度显着增加。电流变液工作状态下的微观结构与力学性能的关系是解释电流变机理的关键所在。由于实验条件的限制,电流变颗粒的微观结构很难直接被观测到,因此模拟计算成为了研究电流变液机理的重要方法。通过实验现象验证计算模型的正确性,用模拟计算的结果解释实验中观测的现象,是目前电流变液机理研究常用而有效的手段。本文采用实验与计算模拟相结合的方法全面研究了电流变液在压缩和剪切时的力学性能变化,并探究了其中不同影响因素的作用机理,具体工作内容如下:1.通过实验结合模拟计算的方法研究了电流变液在压缩模式下法向应力的变化情况。电流变液在压缩时表现出较高的法向应力,测试了压缩速度对电流变液法向应力的影响。同等条件下压缩速度越小,电流变液的法向应力越大。这是在外加电场作用下电流变液的颗粒与基液分离的现象导致的,压缩速度越小,颗粒与基液分离的现象越显着,电流变颗粒的链状结构更稳固,可以承载更大的应力。然后基于偶极子模型,提出了电流变液的压缩模型,将模拟结果和实验结果进行了比较,验证了压缩计算模型的可靠性。模拟研究了外加电场强度、压缩应变、剪切速率对电流变液法向应力的影响。剪切速率较小时,剪切作用对电流变液法向应力的影响很小;随着剪切速率的增大,电流变液的法向应力在逐渐减小。在剪切作用下电流变液的法向应力有振荡变化的现象。通过对微观结构的计算发现较大的剪切速率下电流变颗粒的微观结构不断地破坏与重组是法向应力振荡的原因。2.通过实验和模拟计算研究了剪切场中介电损耗对电流变液力学性能的影响。采用锶离子掺杂的方法改变二氧化钛颗粒的介电损耗性能,测试了改性后颗粒的介电损耗频谱图和电流变液的剪切流变曲线,发现了介电损耗对电流变液流变性能的影响。锶离子掺杂比例的提高降低了电流变颗粒的弛豫频率,介电损耗增大,电流变液的电流变效率也在逐渐降低。当颗粒的弛豫频率低于100Hz时,电流变液在一定的剪切速率范围内失去电流变效应,有效工作范围减小。模拟研究了介电损耗过程中的弛豫时间对电流变液力学性能的影响。当弛豫时间超过0.01 s后,临界剪切速率降低,电流变有效工作范围减小,与实验中的结论一致。给出了介电损耗对电流变液影响的机理解释,弛豫频率过大时颗粒偶极矩方向和颗粒链方向不一致,使得颗粒链方向颗粒间的相互作用力减弱,甚至由吸引力变为排斥力,颗粒链状结构的强度降低。3.模拟研究了剪切作用下电流变液力学性能的变化,结合实验研究了不同状态下的剪切速率对电流变液剪切应力变化的影响。利用基于偶极子极化理论的计算模型,研究了体积分数、电场强度和剪切速率对电流变液力学性能的影响。然后进行了稳态剪切下的二维模拟和微观结构的计算,以此来解释剪切速率对电流变液力学性能的影响。通过实验发现了剪切速率对电流变液剪切应力影响的叁种不同状态,验证了模拟结果。通过计算的微观结构演化解释了不同状态下的剪切速率对电流变液力学性能影响的机理:低剪切速率下,颗粒链结构向剪切方向倾斜,剪切应力随着剪切速率的增加而增加;中等剪切速率下,颗粒链结构处于破坏与重组的动态平衡状态,剪切应力随时间振荡变化;高剪切速率下,电流变液达到剪切屈服状态,链结构被完全破坏,电场对剪切应力的影响很弱,电流变液的剪切应力由液体的粘性力主导,表现出宾汉流体的性质。
赵云伟[3]2012年在《电流变抛光液性能及其抛光技术研究》文中认为随着光电技术的发展，越来越多形貌复杂的光学元件被应用于医疗、航空、国防等领域。人们对于光学元件加工质量也提出了更高的要求，如较高的表面质量、较好的面型精度和较低的表面粗糙度等。利用场效应进行抛光的加工方式日益受到人们的关注，本文在教育部新世纪优秀人才资助计划和吉林省杰出青年基金项目的支持下，开展电流变抛光相关研究工作，并在研发的五轴联动电流变抛光机床上利用针状电极工具和环形集成电极工具对建立的理论模型进行了实验验证。在电流变抛光工艺中，将硬度较高、介电性能良好的磨料颗粒加入到电流变液体中作为抛光媒介。施加外电场以后，电流变抛光液的微观结构和流变性能发生改变，其表观粘度和剪切屈服应力明显增强。本文通过电流变效应微观显示系统观察了电流变抛光液的微观结构。根据建立的粒子运动方程对电流变抛光液的微观结构进行仿真，并结合粒子间的作用力、磨料颗粒粒度和体积分数等影响因素对抛光液的微观结构进行分析。根据磨料颗粒粒度的不同，建立了四种不同形式的粒子结合模型。在此基础上，研究了电流变抛光液的流变性能，包括其粘度、剪切应力和在外加电场作用下的剪切屈服特性。从电流变抛光液中粒子结合模型和相互作用研究入手，通过分析粒子间作用力和剪切应力的关系，建立电流变抛光液的剪切屈服应力模型。利用自制的圆筒式旋转流变仪和静态剪切屈服应力实验装置进行了电流变抛光液流变性能实验，获得了磨料颗粒种类、体积分数和粒度对电流变抛光液流变性能的影响规律。根据电流变抛光液中粒子的结合模型和相互作用力分析，建立了电流变抛光表面粗糙度预测模型和材料去除模型。利用电流变抛光装置进行了电流变抛光导体材料实验，获得工艺参数对工件表面粗糙度的影响和抛光区域内材料去除量的变化规律。理论计算和实验规律比较，结果表明，理论模型可以较好地预测电流变抛光导体材料时工件表面粗糙度和揭示抛光区域内材料去除的真实情况。设计和改进了集成电极工具系统。利用环形集成电极工具进行了微晶玻璃抛光实验，获得抛光时间、电压、间隙、电极转速、磨料种类和粒度对表面粗糙度的影响规律。根据流体动力润滑理论建立了电流变抛光过程中流体动压力的理论模型，分析了电流变抛光液在固态核心形成后工件表面抛光区域内的法向压力。通过测力仪测量了抛光过程中工件表面的法向压力，对理论模型进行了验证，获得电压、电极转速和工作间隙对抛光法向压力的影响。根据Preston方程分析了抛光法向压力对工件表面粗糙度的影响。论文的研究工作对于提升电流变抛光液性能，获得较低的抛光表面粗糙度和材料去除控制具有指导意义。
阮中尉[4]2006年在《基于BCT模型的磁流变液剪切应力预测理论研究》文中提出磁流变液在外加磁场的作用下,其中的磁性固体粒子之间产生作用,形成链状结构,进而聚集形成一定的立体结构,且能承受一定的剪切应力。粒子发生聚集所形成的最终的平衡结构目前有多种模型,传统的理论认为是体心四方结构(即BCT模型),此外还有诸如层结构模型、纤维结构模型、圆柱结构模型等等。本文主要研究的是BCT结构模型。 论文采用理论分析和实验测试的方法,研究了关于磁流变液剪切应力的一些理论。本文研究的主要内容如下: 首先根据磁流变液的相关理论,固体力学理论和电磁学的相关知识,建立了BCT结构模型和物理材料模型,并为了后面计算方便做了一些假设。 然后根据安培分子电流假说、偶极子理论和安培定理,计算了沿磁场方向两个球形粒子的作用力表达式。在这个基础上,本文对磁流变液受小角度剪切变形的情况进行了研究,得到了这种情况下其剪切应力的理论计算公式。 为了验证理论计算公式,论文采用实验方法,研究了磁流变液的力学性能。研究表明,在小剪切变形的情况下,剪切应力随剪切应变的增加而线性增加,剪切应力随着粒子体积分数的增大而增大,但当粒子体积分数过大时,剪切应力变化缓慢。然后,对理论值和实验结果进行了比较,比较发现两者计算的剪切应力数量级相等,变化趋势一致,但理论值比实验值高。 论文最后分析了理论计算公式,研究和讨论了剪切应力与粒子体积分数、外加磁场强度和粒子的磁化强度的关系。结果表明,磁流变液的剪切应力随着磁性固体粒子浓度增大而增大,随磁性固体粒子的磁化强度呈平方正比关系。随着外加磁场的增大而增大,当粒子达到饱和磁化时,剪切应力达到饱和值。
蒋继乐[5]2012年在《摩擦对电/磁流变效应影响的机理研究》文中研究表明摩擦现象广泛存在于机械结构中，针对不同需求实现增摩、减磨和摩擦主动控制是机械设计重要的目标之一。基于外场控制摩擦是实现摩擦主动控制的重要途径。电/磁流变智能材料因其强度在外场调控下可实现2~5个数量级的增强而成为摩擦主动控制的研究热点。研究电/磁流变效应的机理，讨论颗粒结构与强度的关系对电/磁流变器件设计及应用具有重要意义。本文从颗粒间摩擦与润滑的角度对电/磁流变效应的机理进行了研究。首先，根据不同材料的电流变液的剪切流变特性，提出了一种新的结构参数。利用这一结构参数，对不同体积比例的基于沸石/硅油的电流变液在恒定电场、变剪切速率模式下的流变曲线归一化，得到了曲线形式和物理意义与摩擦学中常用的Stribeck曲线具有良好对应关系的归一化曲线。进而借鉴摩擦润滑状态分析了电流变液剪切过程中颗粒结构变化、颗粒-极板的相互作用以及剪切应力的来源。结合电流变液在低剪切速率下的剪切增稠现象，应用特征值分别为10-6、10-4、10-2的结构参数将沸石/硅油基的电流变液颗粒结构随剪切速率增大的演化过程划分为：初始链结构状态、剪切增稠结构状态、过渡结构状态、剪切流挤压结构状态。然后，在自制的磁流变剪切装置上发现并研究磁流变液剪切过程中的粘滑现象。根据粘滑空间周期，估算出低剪切速率下磁流变液的剪切屈服区域位于颗粒结构与极板的界面处，并用视频观测进行了验证。分别用电流测试与声发射测试技术对电/磁流变液剪切过程中颗粒结构变化进行辅助表征。电流测试结果印证了基于结构参数对电流变液剪切状态的划分；声发射信号的特征频率成分和杂散峰强度随外加磁场强度和剪切速率的升高而降低，反映了颗粒-极板的碰撞情况。进而，通过改变极板粗糙度与基础液润滑性能讨论界面性质对磁流变效应的影响。实验发现增大粗糙度和提高基础液的润滑性能会降低磁流变液剪切强度，并阻碍粘滑现象产生。粗糙度对局部磁感应强度的调制和对颗粒结构的破坏降低了剪切强度并影响粘滑现象的产生；颗粒-极板或颗粒间润滑性能增强降低了颗粒结构强度以及颗粒-极板之间的相互作用势，最终也影响了剪切强度。最后，对基于电流变效应的摩擦控制器件的极板表面覆盖尼龙网格，改变极板处局部电场强度以及极板与颗粒结构相互作用势；对磁流变离合器剪切元件进行波纹状设计，强化局部磁感应强度。试制并测试器件，最终获得器件性能增强。
曹建国[6]2006年在《在电场和剪切流共同作用下电流变液结构实验理论研究》文中指出传统的电流变液材料是由微米介电颗粒和油液共同组成，其屈服切应力常常不能满足实际应用的需要。温维佳等人于2003年首次发现尿素修饰的草酸氧钛钡巨电流变液材料，该电流变液颗粒的粒径为纳米尺度，具有很高且与外加电场成线性关系的屈服应力(130kPa@5kV／mm)，并且应用温度范围较广。巨电流变液材料的出现，将电流变液的屈服应力从原有的几千帕提高到几百千帕，同时与传统的电流变液相比巨电流变液还具有较好的抗沉降性和热、化学等稳定性，这些使得电流变液实际应用于工业成为可能。因此巨电流变液的材料、性能和机制研究也就成为当前电流变液领域的最主要内容。目前已经发现了几种巨电流变液材料，如铈掺杂多孔二氧化钛、酰胺修饰的纳米二氧化钛等，但是为什么这些材料有较好的电流变性能，在机理解释上还没有一致结论。另外，由于巨电流变液材料在剪切流的作用下剪切应力衰减较大，甚至减小到几千帕，而电流变液的很多应用要求电流变液具有很高的剪切应力而不是屈服应力，因此如何提高剪切应力更是巨电流变液研究的热点。已有研究人员通过改进电极在一定程度上提高了电流变液的剪切应力，但是仍然不能满足实际工业应用的需要。实验中还观察到，在高剪切流的作用下电流变液的内部链结构非常不稳定，这导致电流变液材料经常从流变仪中溢出，从而剪切应力急剧衰减。因此，电流变液的结构研究有助于理解巨电流变液剪切应力衰减的原因，并有助于寻求解决的途径。本文首先研究了具有高屈服应力的电流变液材料的制备方法，然后在实验上和理论上对电场和剪切流共同作用下的电流变液材料的形态结构和剪切应力进行深入研究。具体内容如下：一、提供了一种简便的具有较高屈服应力的电流变液材料制备方法。本工作采用溶胶凝胶法制备了叁乙醇胺修饰的二氧化钛材料，通过SEM和N4Plus亚微米粒径分析仪测得制备材料的颗粒粒径约为300nm，同时红外光谱分析结果表明叁乙醇胺很好地修饰在二氧化钛颗粒的表面。对修饰材料的多重筛选实验中，还发现修饰基团固有偶极矩的大小对材料的电流变液性能有很大影响。叁乙醇胺具有较大的固有偶极矩(3.48德拜)，在外加电场为5kV／mm时，叁乙醇胺修饰的二氧化钛电流变液的屈服应力达到32.6 kPa，是纯二氧化钛材料的50倍左右，而漏电流密度仅为16μA／cm~2。该电流变液材料在20天内的沉降率为98％，稳定性良好。因此，叁乙醇胺修饰的二氧化钛是一种性能良好的电流变液材料。二、利用CCD电流变仪装置研究在电场和剪切流共同作用下的电流变液平均链长度。在现有的实验条件下纳米颗粒的动态形态结构观察是相当困难，因此本实验中制备微米量级的磺化聚苯乙烯颗粒作为结构观察的电流变液材料。磺化聚苯乙烯颗粒的粒径在75μm到90μm之间，密度与油液接近，具有较理想的介电和电导性质，是一种观察电流变液动态结构的理想材料。实验中发现磺化聚苯乙烯颗粒的平均链长度正比于剪切速率的-0.26次方和电场的0.64次方，与原有理论给出的关系基本一致。这也表明本实验建立的观察和分析电场和剪切流共同作用下电流变液形态结构的方法和装置能提供可靠的实验结果，为深入研究电流变液物理机制提供了良好的基础。叁、本工作通过观察电场和剪切流共同作用下的电流变液的链结构，发现电流变液颗粒所组成的链与电场方向存在很大的夹角，在某些剪切频率下，这些链倾角甚至超过以往的理论预期。在电流变液链长度研究的实验中，观察到电流变液颗粒的旋转(这种旋转存也在于已成链的颗粒中)，分析几种比较成功的解释电流变液颗粒相互作用的理论模型，如点偶(PD)模型、多偶极矩(MPD)模型、Maxwell-Wagner模型和多偶极子诱导偶极子(MID)模型等，这几种模型均未考虑颗粒的旋转效应，也无法解释实验中观察到的超大链倾角。本研究认为颗粒周围的速度梯度导致电流变液颗粒的旋转，进而影响电流变液颗粒表面的电荷分布，使得电流变液颗粒的偶极矩的大小随着剪切速率的增加而减小，同时偶极矩的方向也偏离了电场的方向，最后影响电流变液的形态结构和剪切应力。因此本工作在考虑剪切对偶极矩产生影响的基础上，提出一种修正Maxwell-Wagner模型，较好地解释了实验中观察到的超大链倾角现象。此外，利用修正Maxwell-Wagner模型还发现电流变液颗粒受剪切影响的程度和颗粒某些介电性质密切相关：颗粒的高频介电常数和低频介电常数越接近，则颗粒的偶极矩随外加剪切的变化也越小。因此，电流变液颗粒这一介电性质就可以成为选择抗剪切电流变液材料的依据之一。四、在计算模拟上利用修正Maxwell-Wagner模型，模拟在电场和剪切流共同作用下的电流变液结构，得到动态的稳定层状结构，取得与实验一致的结果。本实验采用SrCO_3颗粒和硅油组成的电流变液体系，在电场作用下观察到链柱结构，在电场与剪切流共同作用下则观察到了层状结构。实验中还发现，电流变液中的结构和电流变液颗粒体积分数有密切关系，当电流变液颗粒体积分数较小时，结构以被拉伸的链柱为主，当体积分数增加到一定值后，才出现由倾斜链柱构成的层状结构。本工作还基于修正Maxwell-Wagner模型，利用分子动力学模拟方法模拟电流变液在电场和剪切场共同作用下的结构以及剪切应力随时间变化的相应过程。模拟过程中考虑了颗粒间的相互作用、布朗作用、颗粒和液体的作用、颗粒和电极之间的相互作用，同时还考虑了颗粒的旋转效应对颗粒间，颗粒和颗粒镜像间相互作用的影响。模拟结果证实在电场与剪切流共同作用下电流变液为层状结构。进一步通过结构因子来讨论层内部的颗粒结构时，其他物理结构如bct、fcc等得到的结构因子都很小，结合模拟得到的图像可知层内部是以链柱结构为主。本工作中模拟获得的电流变液颗粒结构和实验观察到的结构的一致，这说明模拟采用的修正Maxwell-Wagner模型是解释电流变液颗粒相互作用的较理想模型，可以用于电场和剪切流共同作用下电流变液的作用机制研究。综上，通过本文提供的制备方法也可以获得具有较高屈服应力的电流变液材料。本文考虑颗粒介电和电导性质在剪切时的变化所提出的修正Maxwell-Wagner模型是研究在电场和剪切流共同作用下电流变液结构的有效模型，该模型还指出电流变液颗粒高剪切下仍有较好介电性质，即较高的高频介电常数是判断其抗剪切性能的重要参数之一。
张敏梁[7]2009年在《电流变液力学性能研究》文中进行了进一步梳理本论文将外电场作用下固化的电流变液作为类固体材料,系统研究了其稳态和动态力学特性,揭示了力学性能和链结构演化相关规律,并讨论了极板形貌修饰抑制界面滑移。发现了电流变液在低剪切速率下会发生剪切应力大幅度跳变现象,提出该跳变是由于静止或特低剪切速率下松弛颗粒链结构向高剪切速率下紧密的带状/层状结构的转变引起的,该转变受颗粒间电场力、颗粒受到的粘性力及自身的热运动之间的竞争影响。根据实验结果提出了修正Mason数作为跳变特征值,较好描述了跳变点颗粒受到的粘性力与电场力的关系。这一研究结果表明静态剪切屈服应力不是电流变液固有性质,剪切引起的紧密颗粒链结构才是电流变效应中强剪切应力的真正来源。在电流变液拉伸性能的研究中发现由于拉伸引起颗粒链颈缩结构增强可使拉伸屈服应力与外电场的指数关系远远超过传统极化模型描述的平方关系。在动态及稳态拉伸中,拉伸速度通过对粘性力影响颗粒链破坏和重构过程,引起拉伸屈服应力值变化。发现压缩过程中电流变液存在明显的结构增强效应,压缩速度越小颗粒链之间交联程度越高,其名义剪切屈服应力会远高于常规流变测试的剪切屈服应力。另外通过实验验证了对电流变液预压缩增加颗粒链的交联度可显着提高其动态剪切屈服应力。系统研究了电流变液动态拉伸和压缩响应特性,讨论了不同外电压,不同拉伸、压缩速度对其动态响应特性的影响;发现动态拉伸和压缩的屈服应变都要远小于动态剪切时的屈服应变;电流变液动态和稳态特性的不同主要决定于其初始状态有无成形的颗粒链结构。验证了压缩过程中同样存在电流变液/极板界面滑移,并采用多种加工方法对极板进行表面形貌修饰增强极板附近区域局部电场分布,从而有效抑制了压缩中的界面滑移,并发现对剪切和拉伸界面滑移抑制也有明显效果。通过极板形貌修饰抑制界面滑移可有效提高电流变液的可使用力学性能。
罗晓伟[8]2013年在《基液对草酸氧钛电流变液性能影响试验研究》文中研究指明电流变液通常是由介电颗粒均匀分散在绝缘基液中形成。在外电场的作用下,电流变液的表观黏度和剪切屈服强度可以实现连续、可逆、快速的变化。电流变液的这种特性使其在机电一体化智能控制中具有潜在的应用,例如电控阻尼器、离合器、电流变微阀等。基液作为电流变液材料的两个基本组成相之一,无疑对电流变液的性能有重要影响,但是电流变液发明至今,学者们更多致力于开发不同体系的电流变颗粒材料,对基液的研究相对较少,影响了电流变液性能的提高。本文致力于研究基液对电流变液性能的影响,以期获得综合性能良好的基液材料,这对于弥补基液研究的缺失及全面提高电流变性能具有理论及实际意义。本文以草酸氧钛颗粒为分散相,分别以不同黏度的二甲基硅油和不同端基结构的硅油作为基液配制电流变液,研究基液对电流变液性能的影响。研究内容主要有：(1)以不同黏度的二甲基硅油(运动学黏度为10cSt、50cSt、100cSt、500cSt和1000cSt)为基液制备电流变液,测试其剪切屈服强度、零场黏度、电流变效率、响应时间及沉降稳定性,研究基液黏度对草酸氧钛电流变液性能的影响。结果表明,以50cSt二甲基硅油为基液的电流变液具有最佳的电流变效率,以100cSt二甲基硅油为基液的电流变液具有最短的响应时间和较高的沉降稳定性。其机制是,较高的基液黏度可提供较大的粘滞阻力,但易引起颗粒的团聚。用体视显微镜观察电流变液在电场下成链情况显示,黏度高的基液配制的电流变液在电场下成链粗壮。不同黏度硅油与草酸氧钛粉饼的润湿性试验表明：硅油黏度越高,与颗粒的润湿性则越差。(2)以黏度相近,端基不同的硅油(羟基硅油、甲基含氢硅油、二甲基硅油)为基液制备电流变液,测试其剪切屈服强度、零场黏度、漏电流密度、剪切稳定性、沉降稳定性,以研究硅油端基结构对电流变液性能的影响。测试结果表明,极性端基能够提高电流变液的剪切屈服强度、电流变效率及沉降稳定性,但导致漏电流密度增大；空间位阻作用较小的端基能够提高电流变液的剪切屈服强度、电流变效率,降低漏电流密度,但导致沉降稳定性变差。体视显微镜观察的电流变液在电场下成链情况显示,以羟基硅油为基液配制的电流变液在电场下形成的链状结构明显比其余两种粗壮。
郝博男[9]2016年在《聚苯乙烯/聚邻甲基苯胺核—壳结构微球的制备及其电流变性能研究》文中研究说明电流变液是一种其流变学特性,如剪切应力,剪切粘度,模量等,可以在外电场刺激下产生特定响应的智能流体。由于其流变学特性的电场调控行为具有快速、可逆、能耗低等特点,电流变液在工程领域有着广阔的应用前景。本文以聚苯乙烯/聚邻甲基苯胺(PS/PMANI)核-壳结构微球为主要研究对象,通过调控制备过程中反应条件,得到不同形貌结构的核-壳结构微球,进而研究了其电流变性能。主要内容如下:首先,制备得到PMANI并研究其电流变性能。而后利用种子乳液聚合法制备得到PS/PMANI核-壳结构微球。通过调节包覆过程中邻甲基苯胺(2-methylaniline)单体的用量以及引发剂的种类(APS和Fe(NO_3)_3·9H_2O),得到具有不同壳层厚度以及不同表面形貌的两组微球,通过SEM、FT-IR以及TG等测试表征了微球的表面形貌、化学结构以及热稳定性,并研究了这些差异对于电流变性能的影响。SEM结果表明,PMANI成无规则结构,而PS/PMANI核-壳结构微球的形貌则相对稳定,且粒径分布具有良好单分散性;随着2-methylaniline单体用量的上升可以明显发现微球的粒径上升,表明壳层变厚,采用APS引发剂制得的核-壳结构微球表面较为光滑,而采用Fe(NO_3)_3·9H_2O引发剂则可以得到海胆状形貌微球。PMANI电流变液表现出良好的电流变效应。分别通过宾汉流体模型和Cho-Choi-Jhon(CCJ)模型对PMANI电流变液电场下流变学行为进行分析,CCJ模型可以对电场下其流变学行为进行更好说明。具有不同核壳物料比的叁组PS/PMANI核-壳结构微球电流变液均具有明显的电流变效应,且电流变效应随着PMANI含量的上升而上升。通过对比具有不同表面形貌的两组PS/PMANI核-壳结构微球电流变液的电流变效应,发现海胆状结构微球电流变液在相同电场作用下具有更高的屈服应力,然而其零场粘度也更高。
钮晨光[10]2013年在《苯胺锶钛氧颗粒的制备及其电流变性能研究》文中指出电流变液(Electrorheological fluid,简称ERF)是一种由纳米或微米级尺寸的介电粒子分散于绝缘油体中而组成的场致流变材料。当对其施加外电场时,其流体属性(如粘度、剪切强度、弹性模量等)会发生迅速、连续、可逆的显着变化,而其宏观状态亦会发生“液—固”转变。这种智能特性,使电流变液在阻尼减震、机械控制、生物医学、机器人制造等领域具有广泛的应用潜力。目前电流变液综合性能尚有不足,诸如稳定性较差、剪切强度不足、电流变效率不高等问题是制约电流变液从实验室走向生产应用的主要因素。为解决上述问题,本文依据介电极化理论和极性分子—电荷作用模型,采用化学沉淀法制备出以苯胺为极性分子和形貌控制剂的苯胺锶钛氧颗粒,并与尿素掺杂锶钛氧颗粒作对比研究。本文主要内容如下：首先,采用沉淀法制备出了部分结晶的苯胺锶钛氧颗粒。颗粒结构表征结果表明,苯胺改性使颗粒中含有较多的极性基团。颗粒扫描电镜照片结果表明,颗粒形貌受苯胺加入量的影响,当naniline/nTi=2(苯胺与Ti元素摩尔比为2)时,颗粒表现为微米级尺寸的多面体形貌；当naniline/nTi=3时,颗粒为棒状与团簇状颗粒的混合体系。随着苯胺加入量的增加,颗粒与硅油间的浸润角呈减小趋势,浸润性有所增强。继而,以苯胺锶钛氧颗粒为分散相制备颗粒质量浓度为66.7%的电流变液。性能测试结果表明,苯胺锶钛氧电流变液的剪切应力和屈服强度随苯胺的加入量呈先增大、后减小的规律,其中naniline/nTi=2的苯胺锶钛氧颗粒具有最大的剪切屈服强度,达到了56.43kPa (E=5kV/mm)。漏电流密度随苯胺加入量的变化规律与剪切应力的规律相反。苯胺的加入量在一定范围内可有效提高电流变效率,其中naniline/nTi=1.5的电流变液具有最高的电流变效率,达到了221.2。苯胺锶钛氧颗粒具有比纯锶钛氧颗粒更好的剪切应力稳定性和温度稳定性,其原因是苯胺锶钛氧颗粒具有更强的极性分子极化作用。光学显微观察发现naniline/nTi=2的电流变液在电场下会形成最粗壮、密实的柱状结构,这与电流变性能测试的结果相符。综合上述实验结果,苯胺可以控制苯胺锶钛氧颗粒的形貌,并可作为颗粒中掺杂的极性分子,两方面因素共同影响苯胺锶钛氧颗粒的电流变性能。最后,作为对比,用沉淀法制备出了无定形态的尿素掺杂的锶钛氧颗粒,颗粒表面成功掺杂极性基团,呈不规则形貌,其粒径在100-300nm范围。电流变液性能测试结果表明,加入尿素也可有效提高锶钛氧颗粒的剪切应力和屈服强度值,但其电流变效应、温度稳定性等各项综合性能均低于苯胺锶钛氧颗粒电流变液。
参考文献：
[1]. 电流变液剪切屈服应力预测的理论研究[D]. 谭柱华. 武汉理工大学. 2004
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