悬浮粒子表面极性基团和粒径对电流变性能影响

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电流变液(Electrorheological Fluids,简称ERF)在工程技术领域的潜在应用使其倍受各国科学家的关注。高的剪切应力在促进电流变材料走向实际工程应用的同时也给人们带来了新的困扰.极性分子修饰无机粒子是制备高剪切力电流变材料的常用方法,但目前还未弄清极性基团的存在方式和数量对电流变性能的影响;悬浮粒子粒径大小对巨电流变材料与传统电流变材料性能影响上的显著差异也成为电流变材料领域研究的热点。  本文针对目前电流变领域存在的上述两个问题进行了初步研究。采用硫酸溶液浸渍氧化钛干凝胶再经煅烧的方法,制备了极性基团含量和结合方式明确的硫酸改性二氧化钛粒子。电流变性能测试结果表明当硫酸根与二氧化钛以桥式双配位方式结合时,有利于提高电场作用下极性基团在粒子表面的结合稳定性和电流变性能的使用稳定性,随着极性基团含量的增加,二氧化钛比表面积增大,电流变性能得到明显改善。当硫酸根与二氧化钛以整合双配位方式结合时,极性基团在电场作用下易发生解离形成载流子,导致漏电流密度迅速增大,电流变性能降低。因此,极性基团与无机粒子之间稳定的结合方式是提高电流变性能的前提。  为了研究纳米粒子的粒径对电流变性能的影响,我们以不同的电解质为稳定剂,通过乙二醇改性钛酸四丁酯在丙酮电解质溶液中的水解,得到了在60-200nm范围内粒径可调的单分散二氧化钛纳米球。研究发现高价态阳离子电解质对获得小粒径二氧化钛更有效。随着阳离子价态的增加,得到的小粒径单分散二氧化钛球形粒子所需浓度越小。但由于该方法制备的单分散二氧化钛纳米球的产量过低,因此没有开展有关其粒径对电流变性能影响的研究,而选用易制备的单分散二氧化硅纳米球。采用Stber法,制备了三种粒径约为50nm、70nm、100nm的单分散二氧化硅纳米球。电流变性能测试结果表明剪切应力随着二氧化硅粒径的增大而增大;电场作用后悬浮粒子发生团聚,导致重复施加电场后电流变性能变差,二氧化硅粒径越小,电流变性能的重复稳定性越好。
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