凹凸棒石基纳米核壳结构巨电流变材料的可控制备及流变行为研究

Giant electrorheological fluid has received considerable attetion in recent years for its high yield stress,which holds great potential for scalable applications. However, the poor shearing dependence and high zero-field viscosity limit its practical applications.Using one-dimensional nanometer giant electrorheological partciles as the dispersed phase is a promising way to remove the obstacle, but the synthesis of the one-dimensional nanometer giant electrorheological partciles are difficult due to their special structure. In this project, the natural one-dimensional nanometer material attapulgite with low density, suitable size and stable structure will be used as template to prepare one-dimensional nanometer core-shell giant electrorheological partciles by wet chemical techniques. The effects of component, shell thickness and surface polar molecules on the dielectric properties, polarization capacity and dynamic shear stress will be investigated. The mechanism of one-dimensional nanometer core-shell giant electrorheological fluids and the relationship between microscopic structure and performance will be clarified.The accomplishment of this project is going to lay a foundation for the practical applications of giant electrorheological fluids.

近年来巨电流变液的出现使电流变技术应用于工业成为可能，但要推向广泛应用仍面临很多困难，特别在抗剪切能力、零场黏度等方面还存在较突出的问题。以一维纳米巨电流变材料作为电流变液的分散相，被认为是解决当前问题的一条十分可行的途径；然而巨电流变材料由于其本身结构的特点很难合成一维纳米结构，其在电场作用下的流变特性至今也未有系统研究和揭示。针对这些问题，本项目拟采用化学液相合成法，以材料易得、密度低、尺寸适宜、结构稳定性好的天然一维纳米材料凹凸棒石为模板，通过合成参数控制巨电流变材料在其表面的吸附、生长过程，实现一维纳米核壳结构巨电流变材料的可控制备及其电流变活性的调制；并深入研究核壳材料的组成、壳层厚度以及极性分子性质对一维纳米复合颗粒的介电性质、极化能力、动态流变行为的影响，揭示一维巨电流变液宏观性能与微观结构之间的联系，深入理解其电流变效应机制，为设计制备具有广泛实用价值的巨电流变液奠定基础。

本项目在国家自然科学青年基金项目（No.21203225）资助下，采用化学液相合成法，以材料易得、尺寸适宜、比表面和孔隙率高、结构稳定性好的天然一维纳米材料凹凸棒石为载体，通过合成参数控制电流变材料在其表面的吸附、生长过程，实现了多种凹凸棒石基一维纳米核壳结构电流变材料的可控合成及其电流变活性的调制。同时深入研究了凹凸棒石基核壳材料的组成、壳层厚度、内孔离子浓度以及表面极性分子性质对复合颗粒的介电性质、极化能力、动态流变行为的影响，揭示了一维纳米电流变材料的宏观性能与微观结构之间的联系。.本项目把天然一维纳米材料凹凸棒石作为载体应用到电流变液领域，丰富了一维纳米电流变液的材料来源，显著降低了材料制备成本，提升了凹凸棒石黏土的应用价值，更为一维纳米电流变材料性质研究提供新的方法，为开发实用的高性能电流变液和规模化制备奠定了基础。截至2015年底，已发表论文3篇，获授权发明专利3项，另有3篇论文已投给了SCI收录的英文期刊，培养硕士毕业研究生1名。