纳米化电流变材料制备及其性能研究

论文题目: 纳米化电流变材料制备及其性能研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 材料物理与化学

作者: 王宝祥

导师: 赵晓鹏

关键词: 电流变液,插层,核壳结构,仿生,润湿,纳米复合,聚合物,粘土纳米复合材料

文献来源: 西北工业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 电流变液(electrorheological fluids，简称ER流体)由于在外电场作用下其性能的可调节性被称为智能材料，它通常是由高介电常数的微小颗粒分散在低介电常数的绝缘液体中形成的悬浮体系。当对它施加电场时，其粘度、剪切强度瞬间变化几个数量级并表现出类固体的性质。它在工程技术诸如减震器、离合器、控制阀、阻尼器等机电转换方面具有广阔的应用前景；近年来，又扩展到人工肌肉、印刷、光子晶体、触觉显示等新兴领域。与颗粒极化相关的介电参数如介电常数、电导率、损耗角正切等是材料电流变性能的重要参数，因而可以通过对分子或结构的化学设计来改变材料的介电性能和极化特征，进而设计出电流变性能优异的材料。 根据介电极化理论，从电流变液材料物理设计的介电常数、电导率和介电损耗等参数出发，采用插层法、溶胶-凝胶法、改性水解法等方法制备了三系列的纳米复合材料。着眼于从材料的化学结构调节，以期获得对电流变材料性能的调控，从而为电流变材料的化学设计提供一种有效方法。 在本项研究中，分别制备了以高岭土为基的纳米插层系列、高岭土基的核壳型纳米包覆系列、氧化钛纳米颗粒系列电流变材料，通过X射线衍射、红外光谱、扫描电镜、透射电镜、元素分析、热重分析等对它们的结构进行了表征。利用上述材料与甲基硅油配制了无水电流变液，研究它们的电流变性质。论文创新和有价值的工作涉及以下几方面： 1．采用二次插层取代的方法，用二甲基亚砜作前驱体，先将极性液体二甲基亚砜直接插入到高岭土片层之间，然后再用进行二次插层取代，夹带入羧甲基淀粉，制备了高岭土／羧甲基淀粉剥离型的插层复合物。对介电和电导性能的测量显示羧甲基淀粉插层引起复合材料电流变液的介电常数和电导率升高，其介电常数是纯土电流变液介电常数的2.07倍，是羧甲基淀粉电流变液的1.78倍；电导率是纯土的2.73倍。复合材料电流变液的电流变活性获得大幅提高，表现出明显的协同效应。并发现羧甲基淀粉的加入量与电流变性能有密切关系，组分质量比接近1：1时，出现了较强的协同效应，电流变效应最强。 2．从物理设计和化学设计出发，研制了一种高岭土／二甲基亚砜／羧甲基淀粉三元纳米复合电流变液材料。该体系采用二步复合法制备，即先将极性液体二甲基

论文目录:

摘要

ABSTRACT

绪论

第一章 电流变液材料研究进展

1.1 电流变液材料研究概况

1.2 电流变效应的影响因素

1.2.1 电场的影响

1.2.2 电场频率的影响

1.2.3 分散相颗粒介电性质的影响

1.2.4 分散相颗粒电导率的影响

1.2.5 分散相颗粒体积分数的影响

1.2.6 分散相颗粒形状和尺寸大小的影响

1.2.7 温度的影响

1.2.8 水的影响

1.2.9 基液的影响

1.2.10 添加剂的影响

1.3 电流变效应的转变机理

1.3.1 水桥理论

1.3.2 双电层重叠理论

1.3.3 成纤化模型

1.3.4 介电极化模型

1.3.5 电导模型

1.3.6 介电损耗因子模型

1.4 电流变液材料制备进展

1.4.1 无机电流变材料

1.4.2 有机电流变材料

1.4.3 多层包覆电流变材料

1.4.4 有机-无机复合电流变材料

1.4.5 插层纳米复合材料

1.5 本论文的基本思想

参考文献

第二章 改性高岭土/羧甲基淀粉纳米复合材料的制备及其电流变活性

2.1 引言

2.2 高岭土的结构及其插层化合物的研究

2.3 实验部分

2.3.1 仪器与试剂

2.3.2 改性高岭土/羧甲基淀粉纳米复合材料的制备

2.4 改性高岭土/羧甲基淀粉纳米复合材料的结构表征

2.4.1 XRD分析

2.4.2 红外分析

2.4.3 形貌分析

2.4.4 透镜分析

2.4.5 热重分析

2.4.6 粒度分析

2.4.7 元素分析

2.5 改性高岭土/羧甲基淀粉纳米复合材料电流变液的介电性能

2.6 改性高岭土/羧甲基淀粉纳米复合材料电流变液的流变学性能

2.7 改性高岭土/羧甲基淀粉纳米复合材料电流变液的温度效应

2.8 改性高岭土/羧甲基淀粉纳米复合材料电流变液的沉降性

2.9 本章小结

参考文献

第三章 高岭土基三元纳米复合电流变液材料及其性能

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 仪器与试剂

3.2.2 样品制备

3.3 三元纳米复合材料的结构表征

3.4 三元纳米复合材料电流变液的介电性能

3.5 三元纳米复合材料电流变液的流变学性质

3.5.1 三元纳米复合材料电流变液的剪切应力

3.5.2 三元纳米复合材料电流变液的温度效应

3.5.3 三元纳米复合材料电流变液的沉降性

3.6 取代度对三元纳米复合材料电流变液屈服应力的影响

3.7 本章小结

参考文献

第四章 甲酰胺插层高岭土/改性氧化钛纳米复合颗粒及其电流变性能

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 仪器与试剂

4.2.2 甲酰胺插层高岭土/改性氧化钛纳米复合颗粒的制备

4.2.3 电流变液的配制及性能测试

4.3 甲酰胺插层高岭土/改性氧化钛纳米复合颗粒的结构表征

4.4 甲酰胺插层高岭土/改性氧化钛纳米复合颗粒的电流变性能

4.4.1 纳米复合颗粒电流变液的流变学性能

4.4.2 钛酸丁酯用量对材料性能的影响

4.5 甲酰胺插层高岭土/改性氧化钛纳米复合颗粒介电性能

4.6 本章小结

参考文献

第五章 包覆型高岭土/二氧化钛纳米复合颗粒的电流变效应

5.1 引言

5.2 实验部分

5.2.1 仪器与试剂

5.2.2 样品制备

5.3 包覆型高岭土/二氧化钛纳米复合颗粒的结构表征

5.3.1 X-ray衍射分析

5.3.2 红外光谱分析

5.3.3 形貌分析

5.3.4 元素分析

5.4 包覆型高岭土/二氧化钛纳米复合颗粒电流变液的流变学性能

5.5 包覆型高岭土/二氧化钛纳米复合颗粒电流变液的介电性能

5.6 包覆型高岭土/二氧化钛纳米复合颗粒电流变液的温度效应

5.7 包覆型高岭土/二氧化钛纳米复合颗粒高的沉降稳定性

5.8 本章小结

参考文献

第六章 基于局域极化的核壳型纳米复合材料和它的电流变行为

6.1 引言

6.2 基于离子局域极化的新型核壳材料

6.3 实验部分

6.3.1 仪器与试剂

6.3.2 样品制备

6.4 改性高岭土/钛氧化物复合颗粒的结构表征

6.4.1 XRD分析

6.4.2 红外分析

6.4.3 形貌分析

6.4.4 元素分析

6.5 改性高岭土/钛氧化物复合颗粒的电流变性能

6.6 改性高岭土/钛氧化物复合颗粒电流变液的温度效应

6.7 改性高岭土/钛氧化物复合颗粒电流变液的介电性能

6.8 本章小结

参考文献

第7章 仿生仙人掌型颗粒的制备及其高电流变活性

7.1 引言

7.2 拉链模型的提出

7.3 实验部分

7.3.1 仪器与试剂

7.3.2 样品制备

7.4 结构表征

7.4.1 形貌分析

7.4.2 透镜分析

7.4.3 元素分析

7.4.4 孔及孔径分析

7.4.5 XRD图谱

7.5 仿生仙人掌型颗粒的润湿性能

7.6 仿生仙人掌型颗粒电流变液的流变学性能

7.7 仿生仙人掌型颗粒电流变液的介电性能

7.8 本章小结

参考文献

第八章 改性纳米氧化钛的润湿性能和高电流变活性

8.1 引言

8.2 实验部分

8.2.1 仪器与试剂

8.2.2 改性纳米氧化钛电流变液的制备

8.3 实验结果与讨论

8.3.1 改性纳米氧化钛的结构表征

8.3.2 改性纳米氧化钛颗粒的润湿性能

8.3.3 改性纳米氧化钛颗粒的介电性能

8.3.4 改性纳米氧化钛颗粒的电流变活性

8.3.5 改性纳米氧化钛颗粒电流变液的沉降性能

8.4 本章小结

参考文献

第九章 Cr离子改性纳米氧化钛颗粒的电流变性能

9.1 引言

9.2 试验部分

9.2.1 仪器与试剂

9.2.1 Cr离子改性纳米氧化钛颗粒的制备

9.2.3 电流变液配制

9.3 结果与讨论

9.3.1 Cr离子改性纳米氧化钛颗粒的结构表征

9.3.2 颗粒分布与润湿性能的关系

9.3.3 Cr离子改性纳米氧化钛电流液的介电性能

9.3.4 Cr离子改性纳米氧化钛的电流变活性

9.3.5 铬掺杂量对电流变液性能的影响

9.3.6 Cr离子改性纳米氧化钛的电流变液的沉降性能

9.4 本章小结

参考文献

第十章 全文总结

攻读博士学位期间完成的论文

致谢

发布时间: 2007-03-29

参考文献

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• [2].电流变材料及减振控制研究[D]. 郑玲.重庆大学2005
• [3].电流变液体的声学及振动控制行为研究[D]. 唐宏.西北工业大学2005
• [4].La-Ti-O系电流变材料合成和性能研究及电流变液挥发性研究[D]. 王德.中国科学技术大学2017
• [5].甲基丙烯酸烷基酯改性的纳米二氧化钛电流变体系的构建、性能研究及在电泳显示中的应用[D]. 江艳萍.天津大学2014
• [6].聚苯胺——钛酸钡纳米复合材料的合成、结构及其在电流变液方面的应用[D]. 魏建红.武汉理工大学2002
• [7].电流变液流变行为和结构演化的模拟研究[D]. 杨帆.中国科学技术大学2012
• [8].电流变液的力学性能研究及其微观结构研究[D]. 王志远.中国科学技术大学2017
• [9].电流变液力学性能研究[D]. 张敏梁.清华大学2009
• [10].聚芳香胺/蒙脱土纳米复合材料电流变液的制备及性能研究[D]. 路军.西北工业大学2003

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• [3].聚芳香胺/蒙脱土纳米复合材料电流变液的制备及性能研究[D]. 路军.西北工业大学2003
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• [5].电流变材料的设计、研制及其流变和应用性能研究[D]. 张建华.上海大学1999
• [6].电流变材料及减振控制研究[D]. 郑玲.重庆大学2005
• [7].在电场和剪切流共同作用下电流变液结构实验理论研究[D]. 曹建国.复旦大学2006
• [8].含水复合电流变弹性胶体的制备及其性能研究[D]. 高玲香.西北工业大学2006

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