新型無機(jī)-有機(jī)雜化電流變材料的制備及其性能研究.pdf

1、電流變液(Electrorheological Fluids，簡稱．ERF)是一種由高介電常數(shù)和低電導(dǎo)率的固體顆粒分散于某些絕緣液體中形成的懸浮體系。在足夠大的外加電場作用下，這類懸浮液的表觀粘度在毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)急劇增大，同時(shí)伴隨屈服應(yīng)力、彈性模量顯著增加，在極端情況下液體甚至發(fā)生固化；且這種變化是可逆的、連續(xù)無級(jí)的和可以控制的。電流變液在工程技術(shù)諸如減震器、離合器、控制閥、阻尼器等機(jī)電轉(zhuǎn)換方面具有廣闊的應(yīng)用前景；近年來，又?jǐn)U展到人工肌

2、肉、印刷、光子晶體、觸覺顯示等新興領(lǐng)域，正越來越受到各國科學(xué)家的重視。 在電流變液的廣泛應(yīng)用中，人們發(fā)現(xiàn)已有的電流變液材料在性能上很難滿足工程上特殊功能的應(yīng)用要求。復(fù)合分散相電流變液正是在這種情況下迅速發(fā)展起來的。所謂復(fù)合顆粒就是對(duì)一些固相顆粒進(jìn)行表面改性或者包覆其他材料，使顆粒性能和表面性能有很大的差別。這類復(fù)合顆粒可以更方便地進(jìn)行固相顆粒的性能裁剪設(shè)計(jì)從而得到更好性能的電流變液，包括調(diào)節(jié)顆粒本身的密度以改善穩(wěn)定性，負(fù)載柔性鏈

3、以調(diào)節(jié)粒子的表面硬度等?；谝陨系脑O(shè)想，本文從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了探討，并取得了一定的預(yù)期成果。 1．PMMA/PBA/BaTiO<,3>復(fù)合ERF的制備及其電流變性能研究將溶膠凝膠法和乳液聚合相結(jié)合，制備出 PMMA/PBA/BaTiO<,3>復(fù)合材料。利用BaTiO<,3>的前驅(qū)體溶膠，在此基礎(chǔ)上選用NaHSO<,3>-K<,2>S<,2>O<,8>引發(fā)體系，用十二烷基磺酸鈉(SDBS)作為乳化劑進(jìn)行MMA和BA的乳液聚合，得

4、到PMMA/PBA/BaTiO<,3>復(fù)合材料，直接在乳液中加入硅油通過減壓蒸餾得到ERF。利用紅外光譜(FT-IR)、熱分析等手段對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行了表征，并用旋轉(zhuǎn)流變儀測(cè)試了該復(fù)合ERF在穩(wěn)態(tài)剪切和動(dòng)態(tài)掃描下的力學(xué)響應(yīng)特性。穩(wěn)態(tài)剪切考察了電場強(qiáng)度、濃度對(duì)流變性的影響。結(jié)果表明：該ERF的電流變效應(yīng)較好，剪切應(yīng)力和表觀粘度均隨著電場的增強(qiáng)而變大，動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力也隨著電場的增強(qiáng)而變大，同時(shí)剪切應(yīng)力和表觀粘度隨固含量的變大而變大。 動(dòng)態(tài)

5、掃描考察了電場強(qiáng)度、應(yīng)力、頻率對(duì)粘彈性的影響，并測(cè)試了不同電場下的蠕變和蠕變回復(fù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該復(fù)合體系具有粘彈性，而且隨著電場的增強(qiáng)，彈性逐漸占主導(dǎo)。 2．PAN/鈦硅分子篩(TS-1)復(fù)合ERF的制備及電流變性能研究選用NaHSO<,3>-K<,2>S<,2>O<,8>引發(fā)體系，通過原位聚合合成了PAN/鈦硅分子篩(TS-1)復(fù)合材料。利用紅外光譜(FT-IR)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、熱分析(DSC)、N<,2>

6、吸附等手段對(duì)分子篩和其復(fù)合材料進(jìn)行了表征。將復(fù)合材料經(jīng)過研磨、過篩分散于甲基硅油中配成ERF，并用旋轉(zhuǎn)流變儀測(cè)試了該復(fù)合ERF‘在穩(wěn)態(tài)剪切流動(dòng)和動(dòng)態(tài)掃描下的力學(xué)響應(yīng)特性。結(jié)果表明： (1) 分子篩能吸附丙烯腈單體進(jìn)入孔道內(nèi)，且能使單體在NaHSO<,3>-K<,2>S<,2>O<,8>引發(fā)下在孔內(nèi)發(fā)生聚合反應(yīng)，聚合形成的分子鏈既存在于孔內(nèi)又存在于孔外，并且通過分子鏈相貫穿，連接了孔內(nèi)孔外的PAN，從而形成了TS-1/PAN復(fù)合材

7、料； (2) 該復(fù)合ERF的電流變效應(yīng)較好，隨著電場強(qiáng)度的增強(qiáng)，剪切應(yīng)力變化明顯，剪切稀化行為明顯，模量隨著場強(qiáng)的增強(qiáng)而變大，且彈性響應(yīng)逐漸增強(qiáng)，證明由于電場所導(dǎo)致的鏈狀結(jié)構(gòu)隨電場增強(qiáng)變得更加牢固。 (3) 穩(wěn)定性測(cè)試表明在分子篩基體上聚合得到的PAN/(TS-1)復(fù)合ERF穩(wěn)定性有了較大的提高。 3．PAM/MCM復(fù)合ERF的制備及其電流變性能研究稀土元素的外層電子結(jié)構(gòu)基本相同，且具有特殊的4f電子層結(jié)構(gòu)，能產(chǎn)

8、生自旋極化作用，所以具有非常獨(dú)特的光、磁、電和催化性能，從而使稀土材料具有非常廣泛的應(yīng)用。 選用AIBN作為引發(fā)劑，通過原位聚合合成了PAM/MCM復(fù)合材料，并采用羧酸稀土對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行改性得到PAM/MCM/RE復(fù)合材料，同時(shí)加入硅油直接減壓蒸餾得到復(fù)合電流變液。利用紅外光譜(FT-IR)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、熱分析(DSC)、N<,2>吸附等手段對(duì)分子篩和其復(fù)合材料進(jìn)行了表征。利用旋轉(zhuǎn)流變儀測(cè)試了復(fù)合ER