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电流变液(Electrorheological Fluids ,简称ERF )通常是具有高介电常数的固体粒子均匀分散于低介电常数的绝缘液体介质中所形成的一类稳定悬浮液。在足够大的外加电场作用下,流体的粘度在10 -3 秒的时间内急剧增大,甚至固化;而撤去外加电场,流体立即变稀,恢复至原来的液体状态。基于上述优势,电流变液可广泛应用于离合器、制动器、阻尼系统、减震器、无级变速器、阀门、机电耦合控制,近年来电流变液还被应用于抛光、显示、喷墨打印机、人工肌肉与机械传感器等领域。电流变液的应用潜力在学术界和工业领域引起了广泛的兴趣。
本课题研究是与本校电子信息与工程学院合作,为他们设计制造的万向电流变隔振器提供电流变液,因此,本研究着重于电流变液的实际应用。我们首先以四氯化钛(TiCl4 )与氢氧化钠(NaOH )为原料合成了TiO2凝胶粒子,并用Al 3+、Ba 2+及Sr 2+修饰,基础液选择Dow Corning 公司的Sylgard 561 硅油,制得电流变液。XRD 图谱表明,该粒子具有无定形结构;其沉降稳定性一般,3 个月沉降16%左右;在4.5kV/mm 的电场下,剪切屈服应力达到21.12kPa ,而漏电电流密度小于理论上可以满足工程应用的需要。但在实际应用中发现,大量合成时,Cl -很难清洗干净,漏电电流是难以避免的,且无定形二氧化钛凝胶粒子/硅油系电流变液具有正温度效应,因此,不适合实际应用。
所以将研究重点转为漏电电流密度小的电流变液,以钛酸四丁酯(Ti(OC4H9)4 )和醋酸钡(Ba(CH3COO)2 )为原料通过“溶胶-凝胶法”合成了BaTiO3 凝胶粒子,选择了Dow Corning 公司的Sylgard 561 硅油为基础液,制得电流变液;XRD 图谱表明,BaTiO3 凝胶粒子也具有无定形结构;其沉降稳定性较高,3 个月沉降11%左右;在3.5 kV/mm 的电场下,剪切屈服应力达到8.04kPa ,而漏电电流密度小于1.2 μ A/cm 2 ,应用价值非常高。金属阳离子(如Y 3+、Cr 3+)的修饰会提高这一体系电流变液的剪切应力,但同时漏电电流也会增大,因此在最终的实际应用仍选取纯无定形BaTiO3 凝胶粒子/硅油系电流变液。
最后,将纯无定形BaTiO3凝胶粒子/硅油系电流变液用于万向电流变隔振器(用于自适应浮筏),特性实验结果表明,万向电流变隔振器的隔振效果非常明显。