新型無機-有機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和低電導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的時間內急劇增大，同時伴隨屈服應力、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)無級的和可以控制的。電流變液在工程技術諸如減震器、離合器、控制閥、阻尼器等機電轉換方面具有廣闊的應用前景；近年來，又擴展到人工肌

2、肉、印刷、光子晶體、觸覺顯示等新興領域，正越來越受到各國科學家的重視。 在電流變液的廣泛應用中，人們發(fā)現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用要求。復合分散相電流變液正是在這種情況下迅速發(fā)展起來的。所謂復合顆粒就是對一些固相顆粒進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。這類復合顆?？梢愿奖愕剡M行固相顆粒的性能裁剪設計從而得到更好性能的電流變液，包括調節(jié)顆粒本身的密度以改善穩(wěn)定性，負載柔性鏈

3、以調節(jié)粒子的表面硬度等?；谝陨系脑O想，本文從以下幾個方面進行了探討，并取得了一定的預期成果。 1．PMMA/PBA/BaTiO<,3>復合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合，制備出 PMMA/PBA/BaTiO<,3>復合材料。利用BaTiO<,3>的前驅體溶膠，在此基礎上選用NaHSO<,3>-K<,2>S<,2>O<,8>引發(fā)體系，用十二烷基磺酸鈉(SDBS)作為乳化劑進行MMA和BA的乳液聚合，得

4、到PMMA/PBA/BaTiO<,3>復合材料，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)、熱分析等手段對復合材料進行了表征，并用旋轉流變儀測試了該復合ERF在穩(wěn)態(tài)剪切和動態(tài)掃描下的力學響應特性。穩(wěn)態(tài)剪切考察了電場強度、濃度對流變性的影響。結果表明：該ERF的電流變效應較好，剪切應力和表觀粘度均隨著電場的增強而變大，動態(tài)屈服應力也隨著電場的增強而變大，同時剪切應力和表觀粘度隨固含量的變大而變大。 動態(tài)

5、掃描考察了電場強度、應力、頻率對粘彈性的影響，并測試了不同電場下的蠕變和蠕變回復。實驗結果表明：該復合體系具有粘彈性，而且隨著電場的增強，彈性逐漸占主導。 2．PAN/鈦硅分子篩(TS-1)復合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、吸附等手段對分子篩和其復合材料進行了表征。將復合材料經過研磨、過篩分散于甲基硅油中配成ERF，并用旋轉流變儀測試了該復合ERF‘在穩(wěn)態(tài)剪切流動和動態(tài)掃描下的力學響應特性。結果表明： (1) 分子篩能吸附丙烯腈單體進入孔道內，且能使單體在NaHSO<,3>-K<,2>S<,2>O<,8>引發(fā)下在孔內發(fā)生聚合反應，聚合形成的分子鏈既存在于孔內又存在于孔外，并且通過分子鏈相貫穿，連接了孔內孔外的PAN，從而形成了TS-1/PAN復合材

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

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