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改性电流变液的制备和性能测试程杰 ,郦光明 ,许沧粟( 改性电流变液的制备和性能测试 程 杰 ,郦光明 ,许沧粟 (浙江大学 动力机械及车辆工程研究所 ,浙江 杭州 310027 ) 摘要 :电流变液是一种极具发展前景的智能材料 ,在工程领域的应用十分广泛 。采用溶胶凝胶法制备了稀土改 # 性 TiO2 固体粒子作为电流变液的分散相 ,以二甲基亚砜为添加剂的 201 甲基硅油为电流变液的基础液配制了 一种高性能的改性电流变液体 。分别测试了不同 TiO2 体积分数和不同添加剂含量的电流变液体性能 ,分析了其 成因 ,得出了加入适量稀土改性 TiO2 和添加剂的电流变液具有明显电流变效应的结论 。 关 键 词 :电流变液 ; TiO2 固体粒子 ;添加剂 ;剪切应力 中图分类号 : U46; O373 文献标识码 : A 文章编号 : 1672 - 0032 ( 2007 ) 01 - 0048 - 04 电流变液体 ( E lec tro rheo logica l F lu id)是一种有望在工程领域引起技术革命的新型智能材料 ,是由纳 米至微米级的固体粒子与低电导率的液体组成的复杂流体 ,在外加电场的作用下 ,其粘度可在极短的时 间内发生迅速变化 ,从类似液体变为类似固体 ,从而出现明显的抗剪切强度 [ 1 ] 。电流变液体具有剪切强 度连续可调 、快速响应和可逆转变的性质 ,是独一无二的软硬程度可调节的智能材料 ,可用于离合器 、阻 尼系统 、减振器 、制动系统 、无级变速 、液体阀门 、机电耦合控制 、机器人等 ,可实现机电一体化智能控制 , 在几乎所有工业和技术领域均有广泛应用 。但是 ,目前电流变液体的性能指标与电流变技术工程应用所 期望的数值还存在一定的差距 ,同时大多数电流变材料的制备工艺复杂 , 毒性 、腐蚀性比较强 , 价格昂 贵 [ 2 - 3 ] 。本文从实际应用出发 ,分别对电流变液体的固体粒子 (分散相 )和基础液 (分散介质 )进行改性 处理 ,配制了一种性能较好的电流变液体 ,并对其进行了性能测试与分析 。 1 实验方法 1. 1 实验原料及仪器 # 实验原料包括钛酸正丁酯 ( ( C4 H9 O ) 4 Ti) 、201 甲基硅油 ( ( CH3 ) 10 Si4 O2 ) 、二甲基亚砜 ( ( CH3 ) 2 SO ) 、 [ 4 ] 硝酸镧 (L a (NO3 ) 3·6H2 O ) 、硝酸 ( HNO3 ) 、无水乙醇 ( C2 H5 OH ) 。 实验仪器主要有实验天平 、JJ - 1 精密增力电动搅拌机 、CD - 2800 超声波发生器 、202 - 0 型电热恒 温干燥箱 、高温箱式炉 、研钵 、酸式滴定管等 [ 5 ] 。 1. 2 电流变液体的分散相 (固体粒子 )的制备 电流变液体中的固体粒子在电场作用下的极化 ,是电流变液体产生电流变效应的核心 。本实验采用 溶胶 —凝胶法 ( So l - Ge l)配制了一种稀土镧改性的 TiO2 固体粒子 。 实验以化学纯钛酸丁酯为原料 ,以分析纯无水乙醇作溶剂 ,分析纯 HNO3 作水解抑制剂 ,并引入分析 纯 L a (NO3 ) 3·6H2 O 掺杂 ,其中 n (L a) ζ n ( Ti)为 0 ～0. 40。首先将钛酸丁酯溶人乙醇中组成第 1 组分 ; 将 L a (NO3 )·6H2 O 溶于另一半乙醇中 ,并加入少量 HNO3 助溶和抑制稀土离子的水解 ,作为第 2 组分 。 在室温搅拌下将第 2组分滴加到第 1组分中 ,充分搅拌 ,静置数小时得到透明凝胶 。将凝胶在 78 ℃干燥 处理 ,研细 ,并经 200 ℃, 400 ℃, 550 ℃各煅烧 2 h,得到白色或黄色的颗粒材料 。其制备工艺过程如图 1 收稿日期 : 2006 - 12 - 25 作者简介 :程 杰 ( 1982 - ) ,男 ,杭州人 ,浙江大学硕士研究生 ,主要研究方向为汽车振动. 第 1 期程 杰等 :改性电流变液的制备和性能测试49所示 。基体 TiO 第 1 期 程 杰等 :改性电流变液的制备和性能测试 49 所示 。 基体 TiO2的生成过程可简单描述如下 水解 ≡Ti—OR + H2 O ≡Ti—OH + R —OH , 缩聚 ≡Ti—OR + HO —Ti≡ ≡Ti—O —Ti≡ + R —OH , 缩聚 ≡Ti—OH + HO —Ti≡ ≡Ti—O —Ti≡ + H2 O. 电流变材料的介电性质对电流变效应有重要影 响 ,而材料的制备过程又影响到材料的介电性质 ,控 制 So l - ge l 制备过程中水解与缩聚速度的匹配 ,以 得到较好的溶胶体系 ,其中水的加入量较为关键 ,