寧波材料所在實(shí)用型電流變液研究方面取得進(jìn)展
電流變液（electrorheological fluids）作為一類能夠通過外電場(chǎng)控制軟硬程度的膠體，在減震降噪、機(jī)械傳動(dòng)、自動(dòng)控制等諸多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是“使工業(yè)和技術(shù)的若干部門出現(xiàn)革命化變革”的智能材料。寧波材料所微納功能材料與應(yīng)用團(tuán)隊(duì)圍繞鈦氧基電流變材料開展系統(tǒng)的研究，研制出高屈服強(qiáng)度、高電流變效率、低使用電壓等多個(gè)系列的新型電流變液。
目前，電流變液的靜態(tài)屈服應(yīng)力已基本滿足工程應(yīng)用的需求，但動(dòng)態(tài)剪切應(yīng)力仍然較低，當(dāng)應(yīng)變或者剪切速率超過屈服點(diǎn)時(shí)就會(huì)變得不穩(wěn)定，并出現(xiàn)明顯下滑。在實(shí)際應(yīng)用中，動(dòng)態(tài)剪應(yīng)力比靜態(tài)屈服應(yīng)力更為重要，前者反映電流變液在整個(gè)剪切范圍內(nèi)的應(yīng)力，而后者對(duì)應(yīng)電流變液開始流動(dòng)瞬間的應(yīng)力，不能體現(xiàn)出材料在整個(gè)區(qū)間內(nèi)的工作狀態(tài)。近期，該團(tuán)隊(duì)合成出一種銀耳狀錫鈦氧基混合物（W-TTO）顆粒，該顆粒由5-10nm厚的納米片層相互交聯(lián)構(gòu)成，并且彼此連接形成復(fù)雜的三維褶皺結(jié)構(gòu)?；赪-TTO顆粒制備的電流變液具有優(yōu)異的電流變性能，在4kV/mm電場(chǎng)強(qiáng)度下靜態(tài)屈服應(yīng)力可以達(dá)到88kPa，動(dòng)態(tài)剪切應(yīng)力超過40kPa，且在0-100
速率范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。研究表明，剪切應(yīng)力出現(xiàn)大幅下降的主要原因在于剪切速率較高時(shí)，顆粒形成的鏈狀結(jié)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力的作用下遷移到電極的邊緣，導(dǎo)致電極板間固含量降低。電流變液固含量越高，這種現(xiàn)象越為明顯。由于W-TTO顆粒具有3D褶皺結(jié)構(gòu)及表面包覆草酸氧鈦層，硅油能夠在顆粒上充分鋪展，形成超薄硅油膜。硅油分子鏈中的氧原子與顆粒表面的羧基基團(tuán)形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)，使得W-TTO顆粒被硅油緊緊“抓住”，阻止它們?cè)陔x心力作用下向電極邊緣遷移。該工作為高性能電流變材料的設(shè)計(jì)提供了一種新的策略，有望解決長期存在的動(dòng)態(tài)剪切應(yīng)力穩(wěn)定性差的問題。
上述研究得到國家自然科學(xué)基金委、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、寧波市創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的支持，發(fā)表論文多篇（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 6785-6792; NPG Asia Mater., 2016, 8, e322；J. Mater. Chem. C, 2014, 2, 5629-5635; Smart Mater. Struct., 2014, 23, 075005等），并申請(qǐng)國家發(fā)明專利多項(xiàng)（201710032603.3，201410201572.6，201210190760.4，200910099359.8等）。
（納米事業(yè)部 張磊 程昱川）