電磁流變雙功能納米復合材料的制備及其性能研究.pdf

1、電流變液(Electrorheological Fluids)和磁流變液(Magnetorheological Fluids)通常是由高介電常數(shù)的微小顆粒分散在低介電常數(shù)的絕緣液體中形成的懸浮體系。對其施加外電場和磁場，其粘度、剪切強度會瞬間變化幾個數(shù)量級，表現(xiàn)出固體的性質(zhì)，具有快速可逆的特點。電磁流變液(EMR)與電流變液和磁流變液同屬可控流體，是在基載液中加入可被電場和磁場極化的微細粒子而制成的懸浮液，在不施加磁場或電場時是流動的液

2、體，施加電場或磁場后流變性能會發(fā)生瞬間變化，由粘度較低的液態(tài)迅速變成粘度較大的膠體狀態(tài)，撤掉電場和磁場后又會恢復其流動性質(zhì)，并且在電場和磁場疊加作用下具有比單獨作用都強烈的協(xié)同作用效果。本論文利用不同途徑合成了皂土/聚苯胺納米纖維、Fe3O4@TiO2核殼粒子、BaTiO3/Fe3O4多級結(jié)構(gòu)粒子和α-Fe2O3/TiO2核殼復合粒子，并通過SEM、TEM、XRD等測試方法對產(chǎn)物進行了表征和分析。具體的內(nèi)容如下:
　　1、采用界面

3、聚合法制備聚苯胺納米纖維，納米纖維直徑為30-50 nm，長度為200-300 nm，在此基礎上利用CTAB改性的界面聚合法制備皂土/聚苯胺納米纖維復合材料。分析結(jié)果表明，聚苯胺既包覆于皂土表面又插層于皂土的片層之間，d001面層間距擴大了0.236 nm。紫外可見分析表明聚苯胺納米纖維在340 nm、440 nm、800 nm處有三個明顯的特征吸收峰，與皂土復合后，峰強有所降低。CTAB疏水化處理后，紫外可見吸收峰的位置發(fā)生變化。在施

4、加外部電場前后，電流變液出現(xiàn)明顯的流變學性能變化，由無電場時的牛頓流體變?yōu)殡妶鲎饔孟碌馁e漢流體，導致電流變液表觀粘度上升，電流變效應增強。
　　2、以FeCl3·6H2O和鈦酸四丁酯([CH3(CH2)3O]4Ti，TBT)為反應物，以聚乙二醇為表面活性劑，采用溶劑熱法合成Fe3O4@TiO2核殼粒子。所得到的核殼結(jié)構(gòu)產(chǎn)物表面粗糙、粒徑分布均勻，由長度為100-200 nm，直徑為10-20 nm的TiO2納米棒包覆在直徑為200

5、-300 nm Fe3O4的微球表面。將產(chǎn)物按照一定的重量比分散在硅油中，對產(chǎn)物的電流變性能進行測試，結(jié)果顯示具有優(yōu)良的電流變性能。
　　3、改變實驗條件制備Fe3O4/TiO2核殼粒子，并對產(chǎn)物進行表征和分析，結(jié)果表明，Ti/Fe=38％比例下的產(chǎn)物形貌優(yōu)于Ti/Fe=63％下的產(chǎn)物形貌，TiO2包覆后，F(xiàn)e3O4衍射峰強度隨著Ti/Fe比例增加面降低，TiO2的包覆越厚，磁性能越差，F(xiàn)e3O4在300 K時飽和磁化強度為72

6、emu/g，Ti/Fe=38％時，F(xiàn)e3O4/TiO2飽和磁化強度為28 emu/g，Ti/Fe=63％時為11 emu/g。同時，對反應時間的研究合理解釋了核殼結(jié)構(gòu)的形成機理。
　　4、以FeCl3·6H2O、鈦酸四丁酯(TBT)、BaCl2、無水乙酸鈉為反應物，聚乙二醇為表面活性劑采用一種簡單的溶劑熱法制備花狀BaTiO3/Fe3O4多級結(jié)構(gòu)粒子。磁性能測試結(jié)果顯示，得到的產(chǎn)物粒子在室溫300 K時均無矯頑力和剩磁的存在，呈現(xiàn)

7、順磁性，飽和磁化強度可達到18.3 emu/g-1。將花狀BaTiO3/Fe3O4多級結(jié)構(gòu)粒子分散在硅油中，對其電流變性能進行測試，在較高的直流電場作用下，顆粒沿電場線方向成鏈分布，剪切粘度隨剪切速率增加出現(xiàn)剪切稀釋現(xiàn)象。
　　5、采用沸騰回流水解法和原位控制水解法相結(jié)合制備α-Fe2O3/TiO2核殼復合粒子，得到粒徑分布均勻、形貌均一的產(chǎn)物，并對各種因素進行分析。實驗結(jié)果可知，水量較少時，得到的α-Fe2O3/TiO2核殼納米

8、復合粒子呈現(xiàn)單分散狀，包覆均勻，水量過多，鈦酸四丁酯水解加劇，生成的TiO2在α-Fe2O3表面團聚，將紡錘型納米粒子完全包裹，并粘連在一起;表面活性劑用量少，顆粒團聚嚴重，增加表面活性劑用量改善包覆環(huán)境，合成的α-Fe2O3/TiO2核殼納米復合粒子形貌逐漸趨于單分散紡錘形，顆粒尺寸均一，包覆效果較好;鈦酸四丁酯量的最宜濃度為0.75 mL，加入鈦酸四丁酯量濃度低，產(chǎn)物TiO2生成極少，基本不存在包覆現(xiàn)象，濃度過高，則生成不規(guī)則形狀的