Электрореологический эффект в суспензиях наноструктурированных кремнеземов

• Автор: Нефедова, Татьяна Андреевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 136 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Электрореологический эффект

1.2. Электрореологические жидкости

1.3. Теоретические основы элсктрорсологичсского эффекта.

Механизмы и модел и

1.3.1. Предполагаемые механизмы

1.3.2 Модели ЭРЭ

1.4. Обоснование использования кремнезема в качестве

дисперсных фаз ЭРЖ

1.5. Методы синтеза гибридных органонеорганических и
мезопористых материалов. Зольгель технология
1.5.1. Зольгель синтез гибридных органонсорганических
материалов
1.5.2. Синтез мезопористого диоксида кремния
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Описание используемых материалов и реактивов
2.2. Методики синтеза гибридных, мезоструктурированных и
мезопористых материалов на основе диоксида кремния
2.2.1. Синтез ультрадисперсного порошка ЬЮг
2.2.2. Синтез гибридных органонеорганических материалов ЬЮ2
полиэтиленгликоль и ЬЮг полиэтиленимин
2.2.3. Синтез мезопористых и мезоструктурированных диоксидов
кремния
2.3. Описание методик исследования физикохимических свойств материалов. Методики измерения
элекгрореологического эффекта
2.3.1. Инфракрасная спектроскопия
2.3.2. Термический анализ
2.3.3. Электронная микроскопия
2.3.4. Рентгонофазовый анализ
2.3.5. Определение размеров частиц порошков на лазерном
микроанализаторе Апа1уеНе
2.3.6. Измерение удельной поверхности методом БЭТ по тепловой
десорбции аргона
2.3.7. Диэлектрические измерения
2.3.8. Электрореологическис измерения
2.4. Приготовление электрореологичееких суспензий
3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
3.1. Физикохимические свойства гибридных органо
иеоргапических и мезоструктурированных материалов
3.1.1. Физикохимические характеристики наноразмерного золь
гель диоксида кремния
3.1.2. Физикохимические харакгеристики гибридных органонеорганических материалов БЮгполиэтиленгликоль
и БОо полиэтиленимип
3.1.3. Физикохимические характеристики мезопористых и
мезоструктурированных диоксидов кремния
3.2. Анализ диэлектрических спектров суспензий
нанокомпозитов и мезопористых материалов
3.3. Электрореология систем с дисперсной фазой из
наноструктурированных кремнеземов
3.3.1. Электрореология ЭРЖ с наполнителями из мезопористых
кремнеземов
3.3.2. Электрореологические харакгеристики ЭРЖ с гибридными
органокремнеземными наполнителями
3.3.2.1. ЭРЖ с наполнителями из гибридных полимерсодержащих
нанокомпозитов
3.3.2.2. ЭРЖ с наполнителями из мезоструктурированных
кремнеземов
3.4. Характеристики ЭРЭ при растяжении и сжатии ЭРЖ в
электрических полях
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Электрореологические жидкости новый класс уникальных материалов, свойства которых направленно изменяются посредством внешних электрических воздействий. В отсутствии электрического поля электрореологические жидкости, как большинство суспензий, при течении проявляют ньютоновские или слабые псевдогшастические свойства. При наложении электрического поля напряженностью порядка 1 кВмм ЭРЖ в течение миллисекунд совершают обратимый фазовый переход от жидкого состояния к твердому. Резкое увеличение вязкости происходит за счет образования цепочечных структур, направленных параллельно силовым линиям электрического ПОЛЯ. Для того чтобы при наложении электрического поля ЭРЖ могла течь, необходимо проложить определенное минимальное усилие. Поскольку электрореологические жидкости чаще определяют как бингамовские жидкости, то минимальное усилие, необходимое дчя течения называют пределом текучести при сдвиге. Предел текучести один из важнейших факторов, определяющих эффективность электрореологической жидкости, и зависит в основном от силы приложенного элекгрического поля, диэлектрических характеристик компонентов ЭРЖ, ее состава и некоторых других факторов. Возможность контроля агрегатного состояния ЭРЖ посредством наложения электрических полей делает возможным создание целого ряда устройств нового поколения, основанных на использовании электрореологического эффекта, таких как амортизаторы и сцепления, тормоза, подвески автомобилей, клапаны, захваты, искусственные суставы и многое другое. Большинство известных ЭРЖ реализуют напряжения сдвига не более 5кПа, что недостаточно для реального практического применения . Для создания действенных устройств на основе ЭРЭ необходимы жидкости, реологические характеристики которых сильно изменяются под действием внешних электрических полей, а именно, достигаются высокие значения абсолютной величины напряжения сдвига и относительных характеристик тто, где тнапряжение сдвига при наложении электрического поля определенной напряженности, то напряжение сдвига в отсутствии электрического поля при одинаковой скорости сдвига. Кроме того, для практического использования требуются электрореологические жидкости с низкой электропроводностью, нетоксичные, с высокой агрегационной и седиментационной устойчивостью, обладающие высокой стойкостью к химическим воздействиям. Также к ЭРЖ предъявляются требования относительно их абразивного и коррозионного воздействия и постоянства свойств в широком интервале температур. Очевидно, что совокупность необходимых свойств электрореологической жидкости определяется составом и природой составляющих компонентов. В соответствии с проделанным анализом можно предложить следующую классификацию электрореологических жидкостей рисунок 1. Рисунок 1. Классификации элекгрореологических жидкостей. Нсгомогспные ЭРЖ представляют собой дисперсии поляризуемых частиц в непроводящих жидкостях 1, 3, гомогенные системы на основе жидких кристаллов, в том числе жидкокристаллических проводящих и полу проводящих полимеров II, . В электрических полях ЭР суспензии претерпевают переход от ньютоновской жидкости к твердому телу, тогда как в системах жидких кристаллов наблюдается лишь увеличение вязкости без отвердевания. В первом случае фазовые изменения объясняются образованием цепочек из частиц дисперсной фазы, направленных параллельно вектору олекгрического поля. В случае жидких кристаллов увеличение вязкости системы при наложении внешнего электрического поля происходит за счет усиления взаимодействий между доменами благодаря ориентации молекул вытянутой формы . Немаловажным фактором, влияющим на свойства ЭРЖ, является содержание воды в материале дисперсной фазы. Такие системы характеризуются преобладанием поверхностной поляризации, а образование цепочечных структур при наложении электрических полей происходит вследствие поляризационных взаимодействий. При этом преимущественный вклад в поляризацию создастся благодаря перемещению ионов в адсорбированной воде. Более стабильными относительно термических воздействий по сравнению с другими влагосодержащими ЭР жидкостями являются жидкости на основе высокопористых материалов цеолитов, силикатов типа МСМ, т.