微纳结构材料的高性能电流变效应

【作者】 赵晓鹏； 尹剑波； 罗春荣；

【机构】 西北工业大学理学院智能材料实验室；

【摘要】 电流变液是一种重要的智能流体,它是由微纳米尺寸的介电颗粒分散在绝缘油中组成的复杂流体。在外加电场作用下,这些分散颗粒被极化产生相互吸引形成链柱状自组织结构。这些链柱状结构的产生使得电流变液体系的黏度迅速增加,甚至可以从液体状态变为固体状态而具有屈服应力,以抵抗外界剪切形变。由于结构和流变行为可由外加电场连续快速地可逆调控,因此电流变材料在机电、智能结构、微机械等系统中有着广泛的应用前景。但是电流变材料屈服应力低、抗沉降性差和温度稳定性不好等因素严重制约了电流变技术发展。因此,探索设计、制备综合性能优良的电流变材料是电流变技术领域研究的关键问题之一。本文综述了课题组在高性能电流变材料研究的进展。针对界面极化和颗粒间相互作用对电流变效应的影响,提出在电流变颗粒内部和表面引入纳米结构,以提高颗粒极化和颗粒间作用力,从而强化电流变性能的思路。提出电流变液仿细胞结构模型与三参数介电设计,从稀土离子改性二氧化钛入手,设计并制备了金属离子改性TiO₂介孔电流变颗粒,通过与非孔颗粒比较,研究了颗粒内部纳米结构对提高颗粒极化和强化电流变性能的作用。设计了一种微纳分级形貌的电流变颗粒,研究了纳米海胆状电流变材料在颗粒表面引入高粗糙度纳米结构对提高颗粒间相互作用和强化电流变性能的影响。设计和制备了分级孔碳质电流变材料、碳纳米管电流变材料和基于超材料模型的含碳电流变材料,研究了它们的流变与介电性能。利用湿化学法制备了一维纳米电流变颗粒,与球形纳米颗粒和微米颗粒比较发现,一维纳米形貌电流变材料具有更优化的综合性能。更多还原