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

发布时间：2018-04-11 06:39

本文选题：极性分子型电流变液 + La-Ti-O　；参考：《中国科学技术大学》2017年博士论文

【摘要】：本文对极性分子型电流变液新材料制备,电流变液稳定性和电流变器件应用等方面进行了探索和研究。首先利用化学共沉淀法合成出一种La-Ti-O体系纳米电流变液新材料,其具有优良的电流变性能,能够满足实际应用的需求。La-Ti-O颗粒为粒径约1OOnm的不规则形状颗粒,其与二甲基硅油配制的电流变液样品在外加电场下表现出极为优秀的电流变性能,颗粒体积分数为60%的La-Ti-O/硅油样品在5kV/mm外加场下其屈服强度超过了 150kPa,漏电流为6μA/cm2左右。La-Ti-O/硅油样品的屈服强度与外加电场强度成正比,说明La-Ti-O体系材料是一种极性分子型电流变液材料。La-Ti-O颗粒加热超过100℃后电流变性能显著下降,120℃干燥颗粒配制成的电流变液样品在5kV/mm电场的屈服强度只有相同条件下80°C干燥样品的四分之一。热失重-红外联用仪分析发现温度超过100℃后La-Ti-O颗粒会析出CO_2和H20分子,表明样品中在加热过程分解损失羟基和羰基等极性基团,由此可见颗粒表面的羟基和羰基等极性基团对La-Ti-O体系电流变液材料高电流变性能有重大贡献。然后用Ca-Ti-O颗粒和TiO_2颗粒分别与二甲基硅油配制成电流变液样品,研究了极性分子型电流变液中普遍存在的分散剂加速挥发现象,分析了硅油挥发增强效应的机理,对消除和减弱分散剂挥发提供了理论基础。实验中研究了颗粒浓度、气液界面面积、硅油粘度以及环境温度等对硅油挥发的影响,发现硅油的挥发增强是由Kelvin效应造成的,硅油吸附于气液界面上的纳米颗粒形成纳米尺度的凸液面,凸液面上的饱和蒸气压显著升高,硅油的挥发快于水平液面。增加颗粒的浓度,增大气液界面面积,会增加气液界面上纳米凸液面的数量,导致硅油的挥发速率加快;高粘度的硅油挥发速率慢于低粘度的硅油,但挥发增强效应较后者更显著;温度变化对挥发的影响较为复杂,温度升高,Kelvin效应降低,但同时会降低硅油的粘度和提高硅油的饱和蒸气压,导致硅油挥发增速。在实际使用极性分子型电流变液时应该使用密封等措施以减弱或消除分散剂的挥发增强效应。最后制作了将正负电极集成在同一极板上的梳状电极极板,突破了电流变液必需使用两块极板来施加外加电场的限制,扩展了电流变液的应用范围。极板上正负电极之间相互平行且间隔分布。实验中使用正负电极之间电场的边缘电场来诱导产生电流变效应,研究了 Ca-Ti-O/航空液压油体系电流变液样品在梳状电极边缘电场下的电流变效应,分析了梳状极板的结构对电流变效应的影响,并对梳状电极极板边缘电场的分布进行了理论计算。边缘电场随电极结构呈周期性分布,电场的分布与强度由极板上电极的结构与外加电压共同决定。电流变颗粒在电场作用下沿电场线排列,靠近电极间的绝缘区域,颗粒在电场作用下形成近似于平行于极板的颗粒链,与极板越近,颗粒链链长越短,颗粒间作用力越强,屈服强度越高。随着与极板距离增大,颗粒链链长增加,且不再与极板平行,颗粒间相互作用降低,屈服强度下降。靠近电极附近的区域,颗粒不能形成有效的颗粒链。因此正负电极间的边缘电场对电流变效应起主导作用。
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【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB34

【参考文献】