您当前的位置:科研进展
宁波材料所在实用型电流变液研究方面取得进展

      电流变液(electrorheological fluids)作为一类能够通过外电场控制软硬程度的胶体,在减震降噪、机械传动、自动控制等诸多领域有着广阔的应用前景,被认为是“使工业和技术的若干部门出现革命化变革”的智能材料。宁波材料所微纳功能材料与应用团队围绕钛氧基电流变材料开展系统的研究,研制出高屈服强度、高电流变效率、低使用电压等多个系列的新型电流变液。

  目前,电流变液的静态屈服应力已基本满足工程应用的需求,但动态剪切应力仍然较低,当应变或者剪切速率超过屈服点时就会变得不稳定,并出现明显下滑。在实际应用中,动态剪应力比静态屈服应力更为重要,前者反映电流变液在整个剪切范围内的应力,而后者对应电流变液开始流动瞬间的应力,不能体现出材料在整个区间内的工作状态。近期,该团队合成出一种银耳状锡钛氧基混合物(W-TTO)颗粒,该颗粒由5-10nm厚的纳米片层相互交联构成,并且彼此连接形成复杂的三维褶皱结构。基于W-TTO颗粒制备的电流变液具有优异的电流变性能,在4kV/mm电场强度下静态屈服应力可以达到88kPa,动态剪切应力超过40kPa,且在0-100速率范围内保持稳定。研究表明,剪切应力出现大幅下降的主要原因在于剪切速率较高时,颗粒形成的链状结构在旋转运动产生的离心力的作用下迁移到电极的边缘,导致电极板间固含量降低。电流变液固含量越高,这种现象越为明显。由于W-TTO颗粒具有3D褶皱结构及表面包覆草酸氧钛层,硅油能够在颗粒上充分铺展,形成超薄硅油膜。硅油分子链中的氧原子与颗粒表面的羧基基团形成氢键网络,使得W-TTO颗粒被硅油紧紧“抓住”,阻止它们在离心力作用下向电极边缘迁移。该工作为高性能电流变材料的设计提供了一种新的策略,有望解决长期存在的动态剪切应力稳定性差的问题。

  上述研究得到国家自然科学基金委、中科院青年创新促进会、宁波市创新团队的支持,发表论文多篇(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 6785-6792; NPG Asia Mater., 2016, 8, e322;J. Mater. Chem. C, 2014, 2, 5629-5635; Smart Mater. Struct., 2014, 23, 075005等),并申请国家发明专利多项(201710032603.3,201410201572.6,201210190760.4,200910099359.8等)。

(纳米事业部  张磊  程昱川)

打印本文本   |   收藏本文