聚苯胺復(fù)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(chǎng)作用下，其表觀粘度在毫秒的時(shí)間內(nèi)急劇增大，剪切強(qiáng)度和彈性模量增加顯著。材料性能可由外加電場(chǎng)連續(xù)調(diào)控，隨外加場(chǎng)強(qiáng)增加，材料的強(qiáng)度增加，當(dāng)外電場(chǎng)撤除后材料迅速恢復(fù)到原來的狀態(tài)。電流變液在工程技術(shù)如減震器、控制閥等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。但是由于電流變材料綜合性能的不足，如剪切強(qiáng)度低、易沉降等因素，嚴(yán)重地制約了電流變技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用，復(fù)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(shè)計(jì)參數(shù)出發(fā)，制

2、備不同形貌的無(wú)機(jī)納米顆粒，并以極性有機(jī)物對(duì)顆粒進(jìn)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(dǎo)率均可按需調(diào)整。本文以長(zhǎng)棒狀二氧化鈦、顆粒狀鈦酸鋇、孔道機(jī)構(gòu)分子篩無(wú)機(jī)納米顆粒為基體，通過聚苯胺對(duì)其進(jìn)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(qiáng)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(fù)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(jí)顆粒，成為電流變材料的研究熱點(diǎn)。利用水熱法和溶液聚合制備出納米級(jí)棒狀TiO2及PANI/TiO2復(fù)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(duì)納米TiO2進(jìn)行了表征，并用旋轉(zhuǎn)流變儀測(cè)試了電流變液在穩(wěn)態(tài)剪切和動(dòng)態(tài)掃描下的力學(xué)響應(yīng)特性。結(jié)果表明，TiO2與PANI通過化學(xué)鍵相連接，TiO

4、2納米顆粒的形貌為長(zhǎng)棒狀，TiO2電流變液的屈服應(yīng)力為300Pa，PANI/TiO2電流變液的屈服應(yīng)力與其相比提高了一倍，漏電電流大大降低，且整個(gè)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(yīng)力和表觀粘度相應(yīng)增大。動(dòng)態(tài)掃描考察了應(yīng)力、頻率、電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)材料粘彈性的影響。
　　 二、PANI/BaTiO3復(fù)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(fù)合技術(shù)制備了聚苯胺/

5、鈦酸鋇納米復(fù)合粒子。用FT-IR、XRD、SEM等方法對(duì)復(fù)合顆粒進(jìn)行表征，用旋轉(zhuǎn)流變儀測(cè)試該復(fù)合電流變液在穩(wěn)態(tài)剪切和動(dòng)態(tài)掃描下的力學(xué)特性。結(jié)果表明，BaTiO3納米顆粒為無(wú)規(guī)球形，PANI/BaTiO3的X射線衍射圖譜仍有BaTiO3的晶型結(jié)構(gòu)。BaTiO3顆粒的電流變效應(yīng)微弱，屈服應(yīng)力僅有85Pa。復(fù)合顆粒電流變液具有較高的介電常數(shù)，其屈服應(yīng)力與BaTiO3電流變液相比提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)且絕緣性能良好，剪切應(yīng)力隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增大，

6、剪切稀化現(xiàn)象顯著，儲(chǔ)能模量為體系中主導(dǎo)且隨著外加電場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng)而增大。將復(fù)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(fù)合電流變液的制備及其減振器應(yīng)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(yīng)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