聚苯胺復合納米粒子電流變液的制備及性能研究.pdf

1、電流變液在外加電場作用下，其表觀粘度在毫秒的時間內(nèi)急劇增大，剪切強度和彈性模量增加顯著。材料性能可由外加電場連續(xù)調(diào)控，隨外加場強增加，材料的強度增加，當外電場撤除后材料迅速恢復到原來的狀態(tài)。電流變液在工程技術如減震器、控制閥等領域有廣闊的應用前景。但是由于電流變材料綜合性能的不足，如剪切強度低、易沉降等因素，嚴重地制約了電流變技術的工業(yè)化應用，復合納米顆粒電流變液在這種情況下迅速發(fā)展。根據(jù)介電極化理論，從電流變液材料物理設計參數(shù)出發(fā)，制

2、備不同形貌的無機納米顆粒，并以極性有機物對顆粒進行表面改性。聚苯胺有較高的熱穩(wěn)定性，且密度又小，特別是聚苯胺的介電常數(shù)和電導率均可按需調(diào)整。本文以長棒狀二氧化鈦、顆粒狀鈦酸鋇、孔道機構分子篩無機納米顆粒為基體，通過聚苯胺對其進行表面改性包覆，一方面調(diào)解顆粒形貌和自身密度以改善穩(wěn)定性，另一方面發(fā)揮顆粒的高介電性能，這樣可增強懸浮粒子與硅油的介電不匹配性，從而有望制備出高性能的電流變液。
　　 一、PANI/TiO2復合電流變液的制

3、備及其電流變性能研究。
　　 納米二氧化鈦(TiO2)因其具有較高的介電常數(shù)且容易合成而成為納米級顆粒，成為電流變材料的研究熱點。利用水熱法和溶液聚合制備出納米級棒狀TiO2及PANI/TiO2復合材料。并通過傅利葉變換紅外(FT-IR)、X射線衍射(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)等對納米TiO2進行了表征，并用旋轉流變儀測試了電流變液在穩(wěn)態(tài)剪切和動態(tài)掃描下的力學響應特性。結果表明，TiO2與PANI通過化學鍵相連接，TiO

4、2納米顆粒的形貌為長棒狀，TiO2電流變液的屈服應力為300Pa，PANI/TiO2電流變液的屈服應力與其相比提高了一倍，漏電電流大大降低，且整個體系呈現(xiàn)剪切稀化的現(xiàn)象；隨著固體顆粒濃度的增大，剪切應力和表觀粘度相應增大。動態(tài)掃描考察了應力、頻率、電場強度對材料粘彈性的影響。
　　 二、PANI/BaTiO3復合電流變液的制備及其電流變性能研究。
　　 通過溶膠-凝膠法制備了鈦酸鋇納米粒子，采用原位復合技術制備了聚苯胺/

5、鈦酸鋇納米復合粒子。用FT-IR、XRD、SEM等方法對復合顆粒進行表征，用旋轉流變儀測試該復合電流變液在穩(wěn)態(tài)剪切和動態(tài)掃描下的力學特性。結果表明，BaTiO3納米顆粒為無規(guī)球形，PANI/BaTiO3的X射線衍射圖譜仍有BaTiO3的晶型結構。BaTiO3顆粒的電流變效應微弱，屈服應力僅有85Pa。復合顆粒電流變液具有較高的介電常數(shù)，其屈服應力與BaTiO3電流變液相比提高了一個數(shù)量級且絕緣性能良好，剪切應力隨著電場強度的增加而增大，

6、剪切稀化現(xiàn)象顯著，儲能模量為體系中主導且隨著外加電場強度增強而增大。將復合粒子與氨基硅油以氫鍵作用，100h后僅沉降10％，有效改善了體系的沉降穩(wěn)定性。
　　 三、PANI/MCM-41復合電流變液的制備及其減振器應用研究。
　　 選用水熱合成法，合成了MCM-41介孔分子篩。利用MCM-41介孔分子篩單分散孔道特性作為‘納米反應器’，在其孔道內(nèi)合成酸摻雜的聚苯胺，以經(jīng)堿處理反摻雜態(tài)PANI/MCM-41粒子作為分散粒子