基于草酸钛钙复合材料的可逆反应负电流变弹性体

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本论文给出了制作一种新的电流变Electrorheological(ER)弹性体的过程,我们的实验报道了基于草酸钛钙复合材料的ER弹性体具有可逆响应的负电流变效应,这是首次利用草酸钛钙材料制作的ER弹性体,也是首次在ER弹性体中发现负电流变效应。具有可逆响应的负ER效应主要受粒子质量分数、干燥温度和干燥时间三个实验参数的影响。在电流变弹性体中会同时出现正ER效应和负ER效应。随着电场的增加,存储模量G’先下降后上升,称为可逆响应。更重要的是,在特定的条件下,可逆反应可以发生一到两次。ER弹性体的可逆响应源于昆克电旋转机制引起的电流体不稳定性。对于用草酸钛钙复合材料、文献中的粒子与硅油合成的电流变液我们发现用复合材料合成的电流变液既存在正的ER效应,也存在负的ER效应,并且与复合材料的质量分数有关,而利用文献中的粒子制作的电流变液只存在正的ER效应。本论文的主要内容研究如下:(1)利用草酸、无水氯化钙、钛酸四丁酯先制作了草酸钛钙复合材料,得到的粒子用电子扫描显微镜进行观察,发现粒子的形态趋向于不规则菱形。然后利用草酸钛钙复合材料、PDMS和硅油的混合物制作了三种不同的ER弹性体,用流变仪进行性能测试(振幅模式,角频率固定在10rad/s下,应变振幅范围为0.01%-100%,测量了应变振幅对动态粘弹性的影响),所加电场分别为0k V/mm,0.5k V/mm,1k V/mm,1.5k V/mm,2k V/mm。最后发现ER弹性体既存在正ER效应,也存在负ER效应,并且正ER效应和负ER效应之间存在一个临界状态守恒,并且这个守恒与粒子的质量分数息息相关,并猜测这是昆克旋转引起的。(2)利用草酸钛钙复合材料、文献中的粒子、硅油制作了不同浓度的电流变液,利用流变仪进行性能测试,发现用草酸钛钙复合材料制作的电流变液既存在正的ER效应,也存在负的ER效应,并且与复合材料的质量分数有关,而利用文献中的粒子制作的电流变液只存在正的ER效应。利用光学显微镜进行微观观察,发现在无电场时合成粒子的微观行为保持了链状结构(链的方向基本平行于外场的方向),如果有外加电场时合成粒子的微观行为显示一个分支结构(平行和垂直的方向的外部场出现在同一时间),两个相互垂直的方向的结合也意味着它们之间的竞争。
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