聚苯胺/BaTiO3包覆粉煤灰漂珠复合材料的制备及其电流变性能的研究

摘要

电流变液是一种具有潜在应用前景的记忆型功能材料，备受广大学者关注。自1947年Winslow发现电流变液以来，其从含水电流变液逐步发展到无水电流变液，性能得到大幅提高。无水电流变液核心部分为基液中的分散相粒子，其性能直接决定电流变液的性能。为获得性能较优异的电流变液，复合材料作为分散相得到了广泛研究。本文首先制备了不同包覆层的复合粒子，对其晶体结构、化学结构、微观形貌、导电性能、介电性能进行了表征研究；其次，将复合粒子作为分散相制备了电流变液，对其在基液中的悬浮性能及电流变性能进行了测试。具体研究工作及结论如下：
　　（1）探究了不同浓度γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)甲苯溶液对粉煤灰漂珠(FAFB)硅烷化反应程度的影响，以获得APTES修饰FAFB(m-FAFB)表面引入的氨基为反应点，与苯胺(An)发生聚合，制备出以m-FAFB为核、聚苯胺(PAn)为壳的核/壳结构复合材料(m-FAFB/PAn)。采用化学元素分析、FTIR、XRD、SEM、TGA、数字式四探针以及LCR数字电桥对复合材料结构及其性能进行分析。并以m-FAFB/PAn为分散相配制成电流变液，对悬浮性及屈服剪切应力进行了测试。结果表明m-FAFB/PAn较PAn及FAFB悬浮稳定性有所提高，电场对m-FAFB/PAn电流变液的电流变性能影响明显，但其抗击穿性能较差，在外加电场为3.5kV/mm时其发生介电击穿。
　　（2）利用溶胶凝胶法制备FAFB/BaTiO3复合材料。采用FTIR、XRD、SEM、数字式四探针以及 LCR数字电桥对复合材料结构及其性能进行分析。以FAFB/BaTiO3复合材料为分散相配制电流变液，对其悬浮性及外加电场下的屈服剪切应力进行测试分析，结果表明：FAFB/BaTiO3复合材料具一定的悬浮稳定性，其在静置7d的悬浮液悬浮率为70％；在电场作用下表现出明显的电流变特性，且抗击穿性能较好。
　　（3）采用溶胶凝胶-水热法制备FAFB/PAn为基体，具有双层外壳的核/壳结构FAFB/PAn/BaTiO3复合材料。采用FTIR、XRD、SEM、数字式四探针以及LCR数字电桥对 FAFB/PAn/BaTiO3复合材料的结构性能进行分析。以FAFB/PAn/BaTiO3复合材料为分散相配制电流变液，对其悬浮性及外加电场下的屈服剪切应力进行测试分析，结果表明：FAFB/PAn/BaTiO3复合材料悬浮稳定性较FAFB/PAn复合材料差；在电场作用下表现出较明显的电流变特性，在外加电场为4.0kV/mm下，屈服剪切应力达631Pa，且其具有较好抗击穿性能。
　　（4）利用原位聚合法制备PAn包覆FAFB/BaTiO3复合材料(FAFB/BaTiO3/PAn)，采用FTIR、XRD、SEM、数字式四探针以及LCR数字电桥对FAFB/BaTiO3/PAn复合材料的结构性能进行分析。以FAFB/BaTiO3/PAn复合材料为分散相配制电流变液，对其悬浮性及外加电场下的屈服剪切应力进行测试分析，结果表明：FAFB/BaTiO3/PAn复合材料具有较优异的悬浮性能，静置7d后，悬浮液悬浮率高达80%以上；在电场作用下表现出较明显的电流特性，在外加电场为3.0kV/mm时，屈服剪切应力能达到688 Pa，但其抗击穿能力较差，在3.5kV/mm外加电场下发生介电击穿。

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第1章 引 言

1.1 电流变液

1.2 电流变材料的发展

1.3 电流变材料的研究现状

1.4 电流变液应具备的要求及在实际应用中需考虑的问题

1.5 本论文研究的目的及意义

第2章 实验部分

2.1 试验原材料

2.2 试验仪器设备及测试方法

2.3 漂珠的理化性质分析

2.4 电流变液的配制

第3章 粉煤灰漂珠/聚苯胺复合材料制备及其电流变性能研究

3.1 概述

3.2 复合粒子的制备

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 粉煤灰漂珠/BaTiO3复合材料制备及电流变性能研究

4.1 概述

4.2复合粒子的制备

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 粉煤灰漂珠/聚苯胺/BaTiO3复合材料制备及其电流变性能研究

5.1 概述

5.2 复合粒子的制备

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第6章 粉煤灰漂珠/BaTiO3/聚苯胺复合材料制备及其电流变性能研究

6.1 概述

6.2 复合粒子的制备

6.3 结果与讨论

6.4 本章小结

第7章 结论

参考文献

硕士研究生学习阶段发表论文

致谢