极性分子型电流变液的机理研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cangxialong
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电流变液体是一种将微米或纳米的高介电颗粒悬浮在低介电绝缘液体中的智能材料。过去,人们用来解释电流变液的机理模型有纯介电模型和水桥模型等。近年来,一类新型的电流变液被制备了出来,称为极性分子型电流变液。这种电流变液的屈服强度远远超过了纯介电模型和水桥模型所能预言的强度,因此,需要用新的理论来解释。   我们首先选用多重散射法对电流变液中的一些典型颗粒结构作了计算。在对沿电场方向排列的双球体系的电场分布和球间吸引力的计算中,我们得到了与实验和多极展开法一致的结果,表明多重散射法是最精确的方法之一。在对任意排列的双球体系的计算中,我们不但给出了任意构型下两球间的相互作用力,而且给出了一个用来描述这个力的角度部分的经验公式,使这个结果能够被其它领域广泛应用。在对颗粒链体系的电场分布的计算中,我们发现颗粒间隙处的电场强度可远远大于外部施加的平均电场,并讨论了这个局域电场与颗粒链的个数,颗粒间的距离,颗粒的大小,以及颗粒的介电常数等的关系。其次,我们用第一性原理方法对在电流变液的关键位置上可能出现的极性分子的行为特征做了研究。该研究主要集中于对水分子在强场下的行为特征的研究。研究结果表明当电场场强超过某一临界值后,水分子的氢键会发生扭动,导致水由一般状态突然转变为超极化态。超极化态水有着很强的剪切模量,而且该剪切模量基本不随电场改变。综合以上研究,我们提出了一种新的以超极化态水为基本作用机理的电流变效应模型,并以此模型为依据计算了其屈服强度与电场强度的关系,所得结果与极性分子型电流变液的特征符合。
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