钛酸钙前驱体巨电流变液的实验研究

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巨电流变液是由纳米颗粒与绝缘油组成的悬浊液,屈服强度随外电场线性增加,能达到上百kPa,并且电流密度低,化学稳定好,抗沉淀性好,是一种有广泛应用前景的智能材料。但目前大多数巨电流变液的化学成分并不清楚,我们仅知道它们都含有钛元素,且是钛酸盐生成过程中的中间物质。在这些巨电流变液中,由钛酸钙前驱体(CTO)制备的巨电流变液具有最佳的综合性能,本文将针对它做细致的研究。主要研究成果如下:  利用湿化学方法制备了CTO粉体,并将它与硅油均匀混合制成CTO巨电流变液。CTO巨电流变液的屈服强度达到80kPa以上,电流密度低于1μA/cm2。在外电场下,高介电常数的CTO颗粒成链乃至排列成柱状结构,对应的是屈服强度随外电场的线性增加。  利用多种实验手段分析了CTO的组成元素,发现CTO粉体含有三种化学成份,分别是一水草酸钙晶体、非晶的TiOC2O4·2H2O和TiO(OH)2。CTO粉体加热温度超过160℃,屈服强度逐渐下降,200℃加热之后,CTO电流变液失去了巨电流变效应。在电流变效应消失的过程中,伴随着水蒸气的挥发。  分别制备了一水草酸钙晶体和非晶的二氧化钛前驱体(TO)粉体。一水草酸钙晶体与硅油的浸润性非常差,不具有巨电流变效应。而以TiOC2O4·2H2O和TiO(OH)2为主的TO电流变液具有与CTO电流变液相当的屈服强度和温度效应。经过一系列分析发现,在加温过程中,CTO或TO电流变液的屈服强度的下降伴随着TiOC2O4·2H2O分解失去结晶水的过程,表明TiOC2O4·2H2O是CTO和TO系列巨电流变液中的关键物质。  通过改变湿化学方法制备CTO时的工艺流程,得到了分散性更好,粒径更加均匀、产量更高的改性CTO粉体。新的CTO粉体与硅油的浸润性好,密度低,屈服强度高,因此综合性能更加优良。
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