TiO2-尿素及TiO2-氧化石墨烯核殼型電流變液的制備及性能比較.pdf

1、電流變液（Electorheological fluids，簡(jiǎn)稱(chēng)ERF）是一種新型的智能材料，它一般是由微米或納米級(jí)的介電顆粒分散在絕緣油中形成的懸浮體系，可由電場(chǎng)連續(xù)、可逆、迅速調(diào)節(jié)懸浮液的粘度、彈性模量和抗剪切強(qiáng)度等力學(xué)性能。以單一的無(wú)機(jī)顆粒或有機(jī)顆粒為分散相的電流變液綜合性能不高，難以滿(mǎn)足工程需求，而以核殼型顆粒為分散相的電流變液具有較優(yōu)的綜合性能。已報(bào)道的核殼型電流變液主要以無(wú)機(jī)顆粒為核，以極性分子或氧化石墨烯為殼層，但已有研究

2、未對(duì)比極性分子包覆與氧化石墨烯包覆核殼型電流變液的性能差異，亦缺乏相關(guān)的機(jī)理分析。針對(duì)此問(wèn)題，本論文以無(wú)定型二氧化鈦顆粒為核，分別用尿素和氧化石墨烯片層進(jìn)行化學(xué)包覆和物理包覆制備出核殼型TiO2/尿素和TiO2/氧化石墨烯顆粒，對(duì)比其電流變性能，并分析其相關(guān)機(jī)理。具體研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:
　　(1)通過(guò)控制鈦酸四丁酯與水的反應(yīng)比制備TiO2顆粒，并討論攪拌和超聲振蕩兩種反應(yīng)條件下對(duì)粒徑和反應(yīng)時(shí)間的影響。經(jīng)掃描電鏡觀察到顆粒呈單分散

3、、球形的形態(tài)，粒徑分布在400～500nm，對(duì)顆粒進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征表明，顆粒表面含有大量的-OH且呈無(wú)定形態(tài)。流變性能測(cè)試結(jié)果表明，無(wú)定型TiO2電流變液具有較高的屈服強(qiáng)度，在5kV/mm電場(chǎng)作用下，顆粒相濃度70wt％的電流變液的屈服強(qiáng)度可達(dá)74kPa。電流變液的屈服強(qiáng)度與顆粒相的濃度息息相關(guān)，隨著濃度的不斷增大，屈服強(qiáng)度不斷提高，當(dāng)超過(guò)臨界濃度（70wt％）時(shí)，電流變液的屈服應(yīng)力會(huì)迅猛增大。
　　(2)利用醇鹽水解法和溶液沉積法合

4、成了TiO2/尿素顆粒，通過(guò)SEM、TEM、FT-IR、XRD等對(duì)TiO2/尿素復(fù)合顆粒進(jìn)行表征。結(jié)果表明:顆粒具有完整的核殼結(jié)構(gòu)，殼層厚度約為5nm，顆粒表面含有大量的極性官能團(tuán)。流變測(cè)試結(jié)果表明:與純TiO2電流變液相比，TiO2/尿素核殼型電流變液具有更高的剪切屈服強(qiáng)度和剪切應(yīng)力，并且可以在較高的剪切速率下可保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
　　(3)利用氧化石墨烯片層(GO)對(duì)純TiO2顆粒進(jìn)行包覆，制得了TiO2/GO顆粒。通過(guò)SEM