多级结构纳米复合电流变颗粒的制备及性能研究

摘要

电流变液(Electrorheological Fluids)通常是由高介电常数的微小颗粒分散在低介电常数的绝缘液体中形成的悬浮体系。对其施加外电场，其粘度、剪切强度会瞬间变化几个数量级，表现出固体的性质，具有快速可逆的特点。电流变液( ERF)属于可控流体，是在基载液中加入可被电场极化的微细粒子而制成的悬浮液，在不施加电场时是流动的液体，施加电场后流变性能会发生瞬间变化，由粘度较低的液态迅速变成粘度较大的胶体状态，撤掉电场后又会恢复其流动性质。本论文利用不同途径合成了铬离子掺杂铁酸铋纳米粒子，花状氧化铁/聚苯胺多级结构粒子,各向异性TiO2/聚苯胺多级结构的核壳粒子和聚苯胺/聚吡咯环状纳米纤维，并通过 SEM、TEM、XRD等测试方法对产物进行了表征和分析。具体的内容如下：
　　（1）通过溶胶-凝胶法合成一系列 Cr掺杂 BiFeO3纳米粒子。生成的 Cr掺杂BiFeO3采用不同的技术手段，如扫描电子显微镜（SEM）、能谱（EDS）、透射电子显微镜（TEM）、X射线粉末衍射（XRD）和电流变测试等进行了表征和分析。比较了在不同电场作用下，含Cr掺杂和未掺杂的 BiFeO3颗粒悬浮液的电流变性能。发现Cr掺杂BiFeO3颗粒的悬浮液具有比纯BiFeO3颗粒更好的电流变效应。此外，不同的掺杂浓度对电流变行为起着重要的作用。同时与介电分析相结合，增强的ER效应可以归因于Cr掺杂BiFeO3的电流变液具有增强的界面极化。
　　（2）多级结构的花状氧化铁/聚苯胺纳米复合材料通过二个步骤法获得。首先，采用高温回流法合成单分散花状氧化铁。然后进一步通过原位聚合法得到花状Fe2O3/聚苯胺核壳纳米复合材料。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、SQUID MPMS、UV-Vis和Haake流变仪研究其结构、形态和性能。得到的氧化铁/聚苯胺纳米复合材料具有多级结构和核壳结构。使用Haak e流变仪测试其分散在硅油中，在不同电场强度下的电流变（ E R）性能，表现出明显的电流变性能。
　　（3）各向异性二氧化钛/聚苯胺的核/壳纳米复合材料通过三个步骤合成。首先，通过控制水解的方法制备出单分散的无定形二氧化钛微球，然后用弱酸刻蚀单分散二氧化钛球形成各向异性二氧化钛。最后，通过原位聚合的方法在各向异性的TiO2的表面包覆聚苯胺（PANI）。深入地讨论了影响制备纳米二氧化钛/聚苯胺核/壳结构纳米颗粒的影响因素，包括不同种类的酸、不同用量的酸和苯胺的用量等。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X-射线衍射、Zeta电位分析等对样品的形貌和结构进行表征。使用Haake流变仪对各向异性的二氧化钛/聚苯胺复合粒子的电流变行为进行测试。经测试，该电流变液表现出良好的电流变性能。
　　（4）具有粗糙表面的聚苯胺/聚吡咯纳米复合纤维的制备主要分为两个过程，一是聚苯胺纤维的制备，二是在聚苯胺纤维表面包覆聚吡咯。由于苯胺与吡咯的制备可以采用相同的引发剂，因此整个实验过程简单，容易实现。同时，本章也讨论了吡咯的用量以及吡咯的聚合时间对产物形貌及性能的影响。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、紫外可见光谱、傅里叶红外光谱分析等对样品的形貌和结构进行表征。使用Haake流变仪对聚苯胺/聚吡咯复合粒子的电流变行为进行测试。

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第一章 绪论

1. 1电流变液：智能软物质材料特性

1. 2电流变机理

1. 3电流变材料的发展

1. 4电流变特性

1. 5磁流变流体

1. 6本论文选题意义及研究内容

第二章 多铁性铬掺杂BiFeO3颗粒的电流变性能的研究

2. 1引言

2. 2实验部分

2. 3铬离子掺杂铁酸铋纳米颗粒的表征

2. 4结果与讨论

2. 5本章小结

第三章 花状氧化铁/聚苯胺的制备及性能研究

3. 1引言

3. 2 实验部分

3. 3样品的表征与性能测试

3. 4结果与讨论

3. 5本章小结

第四章 各向异性氧化钛/聚苯胺的制备及性能研究

4. 1 引言

4. 2实验部分

4. 3 样品的测试及表征

4. 4结果与讨论

4. 5本章小结

第五章 聚苯胺/聚吡咯复合材料的制备及其性能研究

5. 1引言

5. 2实验部分

5. 3样品的表征与性能测试

5. 4结果与讨论

5. 5本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的文章及专利

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