极化分子电流变液性能退化相关机理研究

极化分子型电流变液（巨电流变液）是包裹高固有偶极矩极化分子的纳米介电颗粒和绝缘油液均匀混合的胶体体系，其屈服应力随外电场线性增加，而且在高场下屈服应力可以达到几百（目前最高可达400）千帕。在巨电流变液材料能获得广泛工业应用之前，还有若干关键问题亟需解决，特别是防止或减轻电流变性能退化，即保持电流变性能持久性的问题。影响持久性的因素主要是，零场屈服应力过大、和颗粒混合后油液蒸发速率加快，使用变稠、温度上升导致极化分子分解、高速剪切导致极化分子脱落、漏电流变大等等。电流变性质会上述因素大大衰变，而且不可恢复。为解决这些问题须更深入理解巨电流变效应的物理机制。目前已有的极化分子型（或巨电流变）机制可以解释相当多实验事实，但还有一些重要实验不能解释。本课题针对上述问题，发现使用变稠、温度效应、性能退化的机制，提出切实改进措施，延长电流变性能的持久性，为应用巨电流变液扫除障碍做出贡献。

传统的介电电流变液由介电颗粒和油液共同组成，其在电场作用下软硬连续可调的奇特性质具有广泛和重要的应用价值。巨电流变液材料的出现，将电流变液的屈服应力从原有的几千帕提高到几百千帕，同时与传统的电流变液相比巨电流变液还具有较好的抗沉降性和热、化学等稳定性，这些使得电流变液实际应用于工业成为可能。因此巨电流变液的材料、性能和机制研究也就成为当前电流变液领域的最主要内容。. 到目前为止，巨电流变液材料有较好的电流变性能，但在机理解释上还没有一致结论。这种智能材料在工业上的应用主要是动态应用，如：减震器, 离合器，车刹和阀门等。因此，巨电流变液的研究热点为如何提高其剪切应力，而不是提高屈服应力。在高剪切流的作用下，电流变液和巨电流变液的粘度均下降，即剪切变稀现象。这也严重地限制了巨电流变液的广泛应用。从物理的角度看，巨电流变液的这些宏观物理性质往往取决于其内部的微观结构。因此，电流变液的结构研究，尤其是高剪切流作用下的内部结构的研究有助于理解巨电流变液剪切应力衰减的原因，并有助于寻找解决办法。.然而，无论是传统电流变液还是巨电流变液均是不透明的，因此目前在颗粒结构实验上主要是研究液体表面颗粒结构的变化。电流变液颗粒和油液折射率的不匹配，在高剪切作用下其内部结构非常不稳定，这些因素严重限制了实验上用共聚焦显微镜观察三维层状结构的内部分布和颗粒速度。本项目采用二维实验和三维理论模拟两种方法研究在高剪切流作用下的结构和速度场分布，并从速度场的三维分布来研究耗散结构形成的机理。. 我们实验研究发现外加电场时，存在一临界剪切速率，确定是否存在剪切带。我们由此获得区分剪切带和流动态的相图。我们运用两相流模型和Onsager最小耗散率原理，定量解释了上述实验数据。