酞菁铜齐聚物及其聚苯胺纳米复合材料的合成与电流变性能

摘要

电流变液(ER fluid，ERF)是一种由可极化粒子分散在绝缘液体介质中构成的智能流体，此流体在电场作用下可以发生液相与固相之间连续、快速、可逆的转变，从而引起体系流变性质的变化。这种流变行为的转变具有响应时间短、耗能小、运转平稳、设备简单等特点，这些特性使得电流变液在电气、机械等机电工程设备方面有着广泛的应用。本论文对电流变液的组成、电流变效应作用机理及影响因素进行了简单的概述，合成并探究了酞菁铜齐聚物(CuPc)及其纳米复合材料酞菁铜齐聚物/聚苯胺(CuPc/PANI)在电场作用下的电流变性能。主要内容如下：
　　(1)采用苯酐-尿素路线制备了CuPc，并采用多次碱溶—酸析对其进行纯化；采用原位聚合方法合成了核壳结构的CuPc/PANI纳米复合材料。采用FTIR、XRD、SEM、TEM，TG对合成产物的化学结构、形貌、热稳定性等进行了分析。
　　(2)制备了CuPc粒子的硅油悬浮液，对其电流变效应进行了探究，研究了悬浮液电场下的动态流变性能、静态屈服应力、粘弹性及温度对电流变性能的影响，采用相关模型对流变曲线进行了分析，探讨了体系的屈服应力与电场强度的关系。结果表明，CuPc硅油悬浮液在零电场时表现出类牛顿流体的特性，在电场存在时表现出Bingham流体特性，具有明显的ER效应；体系的流变曲线符合Bingham和CCJ模型，CCJ模型与该流变效应更加吻合；体系的屈服应力与电场强度的二次方具有线性关系。
　　(3)将CuPc/PANI反掺杂后分散于硅油，制备了CuPc/PANI材料的电流变液，对其电流变效应进行了探究，测试了悬浮液电场下的动态流变曲线，静态屈服应力及粘弹性，研究了掺杂pH值、温度等因素对体系电流变效应的影响，探讨了体系的屈服应力与电场强度、粒子浓度等的关系。结果表明，由于PANI与CuPc的协同作用，CuPc/PANI纳米复合粒子的ER效应要比单纯的CuPc粒子的好，耐受电场增大，屈服应力增大；CuPc/PANI纳米复合粒子体系的屈服应力与电场强度的二次方具有线性关系；掺杂pH值对ER效应有显著的影响，pH=9时，复合粒子表现出的ER效应最好；粒子浓度增大，电流变效应增强；温度升高，表观粘度减小，屈服应力增大。
　　(4)对比了CuPc电流变液及CuPc/PANI电流变液的电流变性能，结合电流变流体的介电谱，初步分析了两体系的电流变效应与介电性能之间的关系。