电喷法制备表面改性钛氧颗粒及电流变性能

摘要

电流变液（Electrorheological fluids，简称ERF）是由微纳米级的可极化固体颗粒分散在绝缘油中形成的悬浮体系，由于其具有液固可逆调节、响应迅速、低能耗等特点，在减震阻尼、人工肌肉等领域具有广泛的应用前景。电流变液的性能主要受制于分散颗粒的成分和形貌。目前电流变颗粒的制备方法以液相法为主，所制备颗粒的形貌、尺寸均匀性较难控制，较易引入杂质离子，严重阻碍了电流变液的发展与应用。而静电喷雾法（电喷法）所制备的微纳米颗粒形貌规则、尺寸均匀且纯度较高。由此，为了改善颗粒的电流变性能，本文首次采用电喷法制备由聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、硬脂酸(SA)复合改性的钛氧系微纳米颗粒，研究了电喷工艺参数对颗粒形貌的影响规律。通过对比水解沉淀法制各的颗粒的电流变性能，证明电喷法制备的钛氧/PVP/SA颗粒的电流变性能更加优良。具体研究内容如下:
　　(1)研究电喷法的工艺参数对颗粒形貌的影响规律，获得最佳工艺参数。电喷法制备钛氧/PVP/SA颗粒的主要工艺参数有电喷溶液中PVP与钛酸丁酯(TBT)含量、电压、接收距离。本文采用控制变量法，制备不同参数的颗粒，并观察颗粒的形貌尺寸变化。最终确定制备钛氧/PVP/SA颗粒的电喷参数为:PVP质量分数为0.5％，TBT质量分数为15％，电压20kV，接受距离15cm。
　　(2)采用电喷法颗粒制备工艺，对PVP单一改性钛氧颗粒与PVP、SA复合改性钛氧颗粒进行对比研究。通过SEM、FT-IR、XRD对颗粒进行表征。结果表明:两种颗粒均为无定形态，呈较规则的球状，粒径分布在200～300nm之间。测试颗粒薄膜与硅油的接触角，结果表明钛氧/PVP/SA颗粒与硅油的浸润性更好。对比两种颗粒的电流变性能，钛氧/PVP/SA电流变液具有更高的剪切屈服强度与抗剪切稳定性。
　　(3)对由电喷法与水解沉淀法制备的钛氧/PVP/SA颗粒进行对比研究。通过SEM、FT-IR、XRD、粒径测试对颗粒进行表征。结果表明:电喷法钛氧/PVP/SA颗粒的平均粒径较小，为236.7nm;水解沉淀法钛氧/PVP/SA颗粒的平均粒径较大，为340nm。电流变性能测试结果表明:相比于水解沉淀法，电喷法制备的钛氧/PVP/SA颗粒的电流变液的剪切屈服强度与抗剪切稳定性更高。
　　综上，本文成功设计并制备出电喷法复合改性的钛氧/PVP/SA电流变颗粒，有效地改善了钛氧颗粒的电流变性能，对于电流变液的发展具有指导意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 电流变液概述

1．1．2 电流变液研究进展

1．1．3 电流变液机理模型

1．1．4 电流变效应的影响因素

1．1．5 电流变颗粒的表面改性

1．1．6 电流变颗粒的制备

1．2 静电喷雾技术

1．2．1 静电喷雾法简介

1．2．2 静电喷雾的理论研究

1．2．3 静电喷雾法制备颗粒的研究状况

1．2．4 静电喷雾法制备颗粒形貌的影响因素

1．3 课题研究目的与意义

1．4 研究内容

2 电喷法钛氧／PVP／SA颗粒及电流变液的制备过程与表征方法

2．1 引言

2．2 电喷法钛氧／PVP／SA颗粒的制备过程与表征方法

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验仪器

2．2．3 颗粒的制备过程

2．2．4 电流变液的制备过程

2．3 颗粒表征方法

2．4 电流变液性能测试方法

2．5 本章小结

3 电喷法钛氧／PVP／SA颗粒的制备工艺研究

3．1 引言

3．2 电喷溶液PVP含量对颗粒形貌的影响

3．3 电喷溶液TBT含量对颗粒形貌的影响

3．4 电压对颗粒形貌的影响

3．5 接收距离对颗粒形貌的影响

3．6 本章小结

4 电喷法钛氧／PVP／SA颗粒电流变液性能研究

4．1 引言

4．2 SA对电流变液微观结构的影响

4．3 电喷法钛氧／PVP／SA颗粒表征

4．4 电喷法钛氧／PVP／SA颗粒电流变性能检测

4．5 本章小结

5 电喷法与水解沉淀法颗粒电流变性能对比研究

5．1 引言

5．2 水解沉淀法钛氧／PVP／SA颗粒成分的研究

5．3 钛氧／PVP／SA颗粒表征

5．4 钛氧／PVP／SA颗粒电流变性能研究

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢