多孔疏水硅胶胶体动态阻尼机理及应用基础研究

Colloidal damper (CD) was known as the "energy black hole" because it can consume the vast majority energy of vibration and shock but produce almost no heat. CD works by colloid which composed of porous hydrophobic silica and water. Hydraulic damper (HD) was prone to invalid because of fluid viscosity. Studies have shown that CD's energy consumption efficiency was 2-3 times of HD's. As a new and efficient method of damping, it has extensive engineering applications. . The project will chiefly carry on research of the following several aspects:. Tension properties and characteristics of the contact line motion of "gas-liquid" interfacial are studied in the Nanochannel of porous hydrophobic silica. Its characteristic is used for boundary conditions of a micro-flow mechanical model. . Effects of surface roughness effects on fluid flow boundary slip in micro channel are researched. . Nano-flow model considering the molecular dynamic effects and surface roughness effects is established. . Binding assay tests to explore the intrinsic link of microscopic dynamics model and macro damping characteristics. . Sensitive factors of dynamic damping properties of CD are studied. Related system programs are designed. . The project will provide new technical means for the CD applications.

胶体阻尼器以多孔疏水硅胶和水组成的胶体为工作介质，在几乎不产生热量的情况下消耗大量的振动和冲击能量，被誉为“能量黑洞”，其效率可达液体阻尼器的2至3倍。作为一种全新的高效阻尼减振方法有广泛的工程应用前景。. 课题首先研究多孔疏水硅胶纳米级通道“气—液”界面的张力特性及接触线运动特征，以此作为微流动力学模型的边界条件，然后研究微通道表面粗糙效应对液体流动边界滑移的影响，建立计及分子动力效应和表面粗糙效应的纳米流动模型；结合试验测试，建立微观动力学模型与宏观阻尼特征的内在联系，研究影响胶体阻尼器动态阻尼特性的敏感因素，设计相关的程序系统，为胶体阻尼器应用设计提供技术手段。

胶体阻尼器以多孔疏水硅胶和水组成的胶体为工作介质，能在几乎不产生热量的情况下消耗大量的振动和冲击能量，是一种全新的高效阻尼减振技术。.研究了水分子在改性前羟基化及改性后不同链长硅烷化壁面的纳米通道内密度、速度的分布状况，并分析了氢键的径向分布函数。结果表明：羟基化壁面通道的固液界面处流体出现高密度层，几乎无速度滑移；随烷基链长的增加，固液界面处水的密度接近纯水的密度1.0g/cm3，固液界面处出现了速度滑移；羟基化通道壁面由于较强的固液相互作用势呈强亲水性；改性后的硅烷化壁面呈疏水性，并随改性层烷基链长度的增加而增强，且固液界面处出现“滑移效应”；羟基化通道壁面与水分子存在较强的氢键作用，而改性后硅烷化通道壁面与水分子无氢键的形成，改性层烷基链长的增加减弱了两者的相互作用势，进一步揭示了其疏水机理。.研究了随硅胶纳米通道改性程度的增强，即改性链长数的增大与流体水扩散系数之间的变化规律。结果表明:流体水的扩散系数随着改性链长的增加而增加，-OH化通道内流体水的平均扩散系数为体相水扩散系数的8.01%，壁面特征为-(CH2)3CH3、-(CH2)7CH3、-(CH2)11CH3纳米通道内流体水的扩散系数分别为体相水的44.10%、49.72%、53.80%。改性后硅胶纳米通道的表面效应对流体水的传输占主导作用。.通过扫描电镜分析了疏水硅胶的微观孔隙结构的分形特征，通过计算得出基于疏水硅胶孔隙结构的二维孔隙面积分形维数为1.58～1.83，迂曲度维数为1.07～1.18；结合滑移理论提出了适用于疏水硅胶通道内水滑移流动的分形模型，并计算了不同型号疏水硅胶的渗流速度。对装载不同型号疏水硅胶的CD进行速度实验测试，并将理论计算值和实验结果进行比较，结果表明：不同接枝分子长度和硅胶孔径对CD活塞的运动速度有影响，对于第1次加压，理论计算的结果能表征不同接枝分子长度和不同硅胶孔径下渗流速度的变化趋势，多次加压后CD活塞的运动速度与第1次加压时变化较大。.项目研究成果为胶体阻尼器的应用设计提供了技术手段。