納米二氧化鈦接枝聚硅氧烷電流變液的制備及性能研究.pdf

1、本文以納米TiO2為基材，并對其進(jìn)行稀土摻雜、表面修飾等改性，以期制備出高穩(wěn)定性和高響應(yīng)性的電流變液，主要從事了以下三個(gè)方面工作： 一、納米TiO2電流變液的制備與性能研究 利用溶膠.凝膠結(jié)合水熱法成功的制備了銳鈦型的納米TiO2，并通過傅利葉變換紅外(FT-IR)、X-射線衍射(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)等對納米TiO2進(jìn)行了表征。主要研究了溶液pH值、鈦酸四丁酯濃度、水熱反應(yīng)時(shí)間及反應(yīng)溫度等條件對TiO2納米

2、粒子的形貌、結(jié)晶狀態(tài)等的影響，結(jié)果表明，溶液pH值、鈦酸四丁酯濃度、水熱反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等因素幾乎不影響納米TiO2銳鈦礦的晶型結(jié)構(gòu)，只有當(dāng)溶液的pH值為1時(shí)出現(xiàn)了板鈦礦的晶型；隨著溶液pH值的減小、水熱反應(yīng)時(shí)間的延長以及反應(yīng)溫度的升高，TiO2晶粒尺寸變大，而鈦酸四丁酯濃度幾乎不影響TiO2晶粒的尺寸。在此基礎(chǔ)上通過旋轉(zhuǎn)流變儀測試了電流變液的電流變性能，并采用極化理論解釋了固體顆粒鏈結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理；同時(shí)還討論了電場強(qiáng)度和固體顆粒濃度

3、對電流變性能的影響，結(jié)果表明，TiO2電流變液的剪切應(yīng)力和剪切粘度均隨著電場強(qiáng)度的增強(qiáng)而增大，且整個(gè)體系呈現(xiàn)剪切稀化的現(xiàn)象；隨著固體顆粒濃度的增大，剪切應(yīng)力隨電場強(qiáng)度的變化顯著，依賴性增強(qiáng)。 二、稀土摻雜TiO2納米電流變液的制備與性能研究 采用稀土離子對納米TiO2進(jìn)行摻雜改性，通過FT-IR、XRD、TEM等對稀土摻雜TiO2納米顆粒進(jìn)行表征，并進(jìn)一步研究了稀土離子的種類和含量對TiO2的晶型和形貌的影響。結(jié)果表明，

4、稀土離子的摻入雖然使得TiO2的(101)晶面衍射峰向2θ小角度方向移動，但是這并沒有改變TiO2的銳鈦礦晶型；同時(shí)，稀土離子摻雜導(dǎo)致了TiO2發(fā)生晶胞膨脹和晶格畸變，對TiO2晶粒的生長有明顯的抑制作用。通過旋轉(zhuǎn)流變儀測試了稀土離子摻雜TiO2納米電流變液的動態(tài)電流變響應(yīng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其線性粘彈區(qū)隨著電場強(qiáng)度的增加而增長，同時(shí)其儲能模量和損耗模量也相應(yīng)的增加；同時(shí)，摻雜的稀土離子的種類以及濃度顯著影響了電流變液的電流變性能，其中釤離子(S

5、m3+)濃度為0.05時(shí)其動態(tài)電流變響應(yīng)最強(qiáng)。 三、新型接枝電流變液的制備與性能研究 利用硅烷偶聯(lián)劑KH-570對納米TiO2以及稀土離子摻雜TiO2進(jìn)行表面修飾，使其帶有乙烯基有機(jī)碳鏈，能夠進(jìn)一步與乙烯基低聚硅氧烷基礎(chǔ)液發(fā)生一定程度的接枝反應(yīng)，并通過FT-IR、XRD、TEM等對修飾的納米固體顆粒進(jìn)行了表征。研究發(fā)現(xiàn)這種接枝電流變液具有優(yōu)異的抗沉降穩(wěn)定性，這是因?yàn)槠潴w系內(nèi)部形成了纏結(jié)三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；在電場的作用下，由于固