新型復(fù)合電流變材料的設(shè)計(jì)、制備及性能研究.pdf

1、電流變液(Electrorheological Fluids簡(jiǎn)稱ERF)是固體微顆粒在基液中組成的懸浮液(也可為均相液體,如液晶)。在外加電場(chǎng)作用下,它們的結(jié)構(gòu)和性能表現(xiàn)出獨(dú)有的特征,可在瞬間(千分之一秒左右)由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài),其粘度陡然增大以至失去流動(dòng)性。在電場(chǎng)作用下的電流變液表現(xiàn)出類似固體的行為,具有一定的屈服強(qiáng)度,且隨外加場(chǎng)強(qiáng)增加,材料的強(qiáng)度增加,即性能可由外加電場(chǎng)連續(xù)調(diào)控。當(dāng)外場(chǎng)撤除后材料迅速恢復(fù)到原來的狀態(tài)。因而電流變液在液壓

2、系統(tǒng)、減振裝置、印刷、光學(xué)以及機(jī)電一體化等領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用前景。然而,材料綜合性能的不足,如剪切強(qiáng)度低、易沉降、溫度效應(yīng)顯著等因素,嚴(yán)重地制約了電流變技術(shù)的工業(yè)化。通常認(rèn)為電流變效應(yīng)是由于電場(chǎng)作用下懸浮顆粒的極化,進(jìn)而導(dǎo)致顆粒間相互作用的變化,使流體流變性能發(fā)生改變。
　　因此,根據(jù)介電極化理論,從電流變液材料物理設(shè)計(jì)的介電常數(shù)、電導(dǎo)率和介電損耗等參數(shù)出發(fā),我們采用利用可控活性自由基聚合、溶膠凝膠方法,制備出兩親性高分子材料、

3、聚合物/蒙脫土復(fù)合材料和核殼結(jié)構(gòu)的新型電流變液材料。從分子水平上通過對(duì)材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié),以期獲得對(duì)電流變材料性能的調(diào)控,從而為電流變材料的化學(xué)設(shè)計(jì)提供一種有效方法。
　　本論文的主要工作如下:
　　1.成功的通過四步反應(yīng),合成了鏈段中央帶有ATRP引發(fā)基團(tuán)的兩親性大分子引發(fā)劑。并以乙醇和THF混合體系為溶劑,CuBr/5,5,7,12,12,14-hexamethyl-1,4,8,11-tetraaza-macrocycl

4、otetradecane為引發(fā)催化體系,使用得到的大分子引發(fā)劑引發(fā)St與二乙烯基苯(DVB)進(jìn)行聚合,得到了納米球。測(cè)試了制備出的新型聚合物電流變體的ER性質(zhì),通過比較可以發(fā)現(xiàn),不同固體比例的電流變液在相同直流電場(chǎng)下,剪切應(yīng)力表現(xiàn)出隨著固體比例的增加而增加的趨勢(shì),這與懸浮型電流變流體的纖維化理論基本吻合。
　　2.用RAFT原位聚合方法使苯乙烯分別和丙烯腈以及聚苯乙烯-b-聚乙烯基吡啶在蒙脫土層間進(jìn)行共聚,制備了聚苯乙烯-丙烯腈/

5、蒙脫土和聚苯乙烯-b-聚乙烯基吡啶/蒙脫土納米復(fù)合電流變材料。前者蒙脫土片層產(chǎn)生了剝離并且均勻分散在聚合物中,而后者為納米插層材料。聚苯乙烯-b-聚乙烯基吡啶插入蒙脫土層后,在100Hz,30℃時(shí),介電常數(shù)比蒙脫土提高了約45％,比純PS-b-QP4VP提高了約2.75倍;聚苯乙烯-丙烯腈/蒙脫土材料在100 Hz，27℃時(shí)，介電常數(shù)比蒙脫土提高了約22%，比聚苯乙烯-丙烯腈提高了近4.4倍。另外，其電導(dǎo)率也分別達(dá)到了最佳范圍，同時(shí)介電

6、損耗也均有較大的提高。在DC4.5kV/mm時(shí)聚苯乙烯-b-聚乙烯基吡啶/蒙脫土電流變液靜態(tài)最大剪切應(yīng)力可達(dá)2.81 kPa;聚苯乙烯-丙烯腈/蒙脫土電流變液電流變液靜態(tài)最大剪切應(yīng)力可達(dá)2.32KPa。將聚苯乙烯-b-聚乙烯基吡啶/蒙脫土和聚苯乙烯-丙烯腈/蒙脫土納米復(fù)合材料電流變液的電流變效應(yīng)較純聚合物、純蒙脫土以及它們的簡(jiǎn)單機(jī)械混合物的電流變液均有較大改善。
　　3.用溶膠-凝膠以及表面接枝的方法制作了一種新型的絕緣高分子包覆

7、高介電常數(shù)半導(dǎo)體材料的核殼結(jié)構(gòu)電流變材料Li0.1(Ti0.02Ni0.98)0.9O/PS。其電流變液在直流電場(chǎng)4.5kV/mm時(shí)，剪切應(yīng)力達(dá)4.82KPa，比同電場(chǎng)強(qiáng)度下的Li0.1(Ti0.05Ni0.95)0.9O/PS的剪切應(yīng)力大32%，分別為L(zhǎng)i0.1(Ti0.02Ni0.98)0.9O和Li0.1(Ti0.05Ni0.95)0.9O的5.6倍和9.5倍。通過介電性質(zhì)的分析，可以知道這是因?yàn)橛捎谕ㄟ^對(duì)Li0.1(Ti0.02

8、zNi0.98)0.9O/PS的內(nèi)核半導(dǎo)體材料介電常數(shù)以及復(fù)合顆粒電導(dǎo)率的設(shè)計(jì)，提高了材料的介電常數(shù)，內(nèi)核的極化能力，降低了漏電流密度，使電流變液的電誘導(dǎo)屈服應(yīng)力得到了相應(yīng)的提高。用超聲水解的方法制備了(BaTiO(C2O4)2/NH2CONH2)復(fù)合材料，可以測(cè)得其電流變性能十分優(yōu)異，其電誘導(dǎo)屈服應(yīng)力達(dá)到以往電流變材料的數(shù)十倍。通過XRD、TEM對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)合紅外光譜分析以及二次微分和解卷積處理擬合紅外光譜中的分裂峰可以發(fā)現(xiàn)，