Электрореологический эффект в дисперсиях гибридных органо-неорганических материалов на основе диоксида титана

• Автор: Краев, Антон Сергеевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 119 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Цель работы

Научная новизна работы

Практическая значимость

ГЛАВА I

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. ЭЛЕКТРОРЕОЛОГИЧЕСКИЕ ЖИДКОСТИ

1.1.1 Частицы дисперсной фазы

1.1.2 Дисперсионная среда

1.1.3 Поверхностноактивные вещества
1.1.4 Активаторы и добавки
1.2 ЭЛЕКТРОРЕОЛОГИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ
1.2.1 Реология
1.2.2 Реология электрореологических жидкостей
1.3 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ
СИНТЕЗА ЭЛЕКТРОРЕОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ
1.3.1 Поляризационные явления и свойства дисперсной фазы электрореологических жидкостей.
1.4 ЗОЛЬГЕЛЬ МЕТОД СИНТЕЗА УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ
1.4.1 ЗОЛЬГЕЛЬ СИНТЕЗ ПОРОШКОВ ДИОКСИДА ТИТАНА
1.4.1.1 Характеристика основных стадий процесса зольгель синтеза диоксида титана.
ГЛАВА II.
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Используемые реагенты и растворители. Характеристика и показатели качества.
2.2 Синтез наноразмсрных порошков диоксида титана и
гибридных материалов на его основе
2.2.1 Получение наноразмерного порошка диоксида титана.
Методика проведения зольгель синтеза.
2.2.2 Получение порошка ТЮ2, модифицированного
гидроксипропилцеллюлозой.
2.2.3 Получение порошка ТЮ2, модифицированного
полипропиленгликолем.
2.3 ФИЗИКОХИМИЧЕКИЙ АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ
2.3.1 Используемые экспериментальные методы и оборудование.
2.3.2 Анализ порошков ТЮ2 полученных зольгель методом
2.3.2.1 Термический анализ
2.3.2.2 ИК спектроскопия
2.3.2.3 Рентгенофазовый анализ
2.3.2.4 Элекгронная микроскопия
2.3.3 Физикохимический анализ порошков гибридных органонеорганических материалов в системе ТЮ2 ГПЦ
2.3.3.1 Термический анализ
2.3.3.2 ИК спектроскопия
2.3.3.3 Рентгенофазовый анализ
2.3.3.4 Электронная микроскопия
2.3.4 Физикохимический анализ порошков гибридных органонеорганических материалов в системе ТЮ2 ППГ
2.3.4.1 Термический анализ
2.3.4.2 ИК спектроскопия
2.3.4.3 Рентгенофазовый анализ
2.3.4.4 Электронная микроскопия
2.4. Приготовление электрореологических жидкостей.
2.5 Разработка методик исследования механических свойств дисперсных систем в сильных электрических полях
2.5.1 Разработка экспериментальной установки для изучения предела прочности электрореологических жидкостей при сжатии в электрическом поле и методики измерения предела прочности при сжатии ЭРЖ в электрическом поле
2.5.2 Разработка установки для измерения вязкости ЭРЖ в электрических полях и методика измерения вязкости электрореологических жидкостей электровискозиметр.
ГЛАВА III
3 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ЗЛЭлектрореологический эффект в дисперсиях наноразмерного диоксида титана.
3.2 Электрореология систем на основе нанокомпозитов
3.2.1Электрореологические характеристики
электрореологической жидкости на основе гибридного
наноматериала диоксид титанагидроксипропилцеллюлоза.
3.2.2 Электрореологические характеристики
электрореологической жидкости на основе гибридного
наноматериала диоксид титана полипропиленгликоль.
3.3 Сравнение электрореологической активности синтезированный материалов на основе аддитивных вкладов.
3.4 Влияние дисперсионной среды на электрореологический отклик жидкофазных систем на основе нанокомпозитов.
ИТОГИ РАБОТЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Настоящая работа посвящена разработке зольгель методов синтеза электрореологически активных наноматериалов на основе диоксида титана, количественным исследованиям электрореологических эффектов в жидкофазных системах с наноразмерной дисперсной фазой, углублению представлений о роли физикохимических свойств дисперсной фазы в электрореологическом эффекте. Работа выполнена в соответствии с планом НИР ИХР РАН по теме Функциональные наноматериалы на основе неорганических оксидов и полисахаридов для электрореологии. Номер государственной регистрации . Цель работы выявление закономерностей электрореологической активности гибридных органонеорганических наноматериалов на основе диоксида титана в зависимости от типа органического компонента, встроенного в материал. Впервые получен и охарактеризован физикохимическими методами анализа электрореологически активный гибридный органонеорганический наноматериал диоксид титана полипропиленгликоль. Выявлены закономерности в электрореологических характеристиках напряжении сдвига, вязкости, напряжении при растяжении и сжатии электрореологических жидкостей, пределе текучести и бингамовской вязкости ЭРЖ в зависимости от типа дисперсной фазы диоксида титана и гибридных органонеорганических нанокомпозитов диоксид титанагидроксипропилцеллюлоза, диоксид титанаполипропиленгликоль и дисперсионной среды ПМС и ПМС0 при различных напряженностях электрического поля кВмм и скоростях нагружения систем. Установлено, что электрореологические жидкости на основе гибридных нанокомпозитов обладают более высокими характеристиками электрореологического отклика по сравнению с диоксидом титана, синтезированным зольгель способом. Установлена линейная зависимость напряжения сдвига от проводимости ЭРЖ в межэлектродном зазоре в электрических полях с различной напряженностью. Па и растяжениясжатия более кПа в зазоре 1мм при напряженности электрического поля 4кВмм, что позволяет рекомендовать их для практического использования в электрореологических устройствах. Личный вклад автора Синтез материалов, анализ их физикохимических свойств и электрореологические измерения выполнены непосредственно автором. Обсуждение результатов проведено автором при участии научного руководителя и соавторов публикаций. Апробация работы основные положения работы докладывались на I всероссийской школеконференции Молодые ученые новой России. Фундаментальные исследования в области химии и инновационная деятельность. Иваново, , IV международной научной конференции Кинетика и механизм кристаллизации, нанокристаллизации, биокристаллизации. Иваново, , I региональной конференции молодых ученых Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем Крестовские чтения. Иваново, . Электрореологическая жидкость дисперсия электрически поляризуемых частиц в жидкости с низкой диэлектрической постоянной. Электрореологические жидкости проявляют себя как важный класс умных материалов i. Основная их особенность быстрое увеличение кажущейся вязкости за миллисекунды при наложении электрического поля мощностью в несколько ватт. Быстрое и обратимое повышение вязкости электрореологических суспензий создает предпосылки к созданию новых механизмов контроля вибрации и переноса энергии. В особенности, электрореология позволяет сделать более простыми и эффективными электромеханические устройства 2. Необходимо отметить, что к недостаткам этих материалов относятся низкое напряжение сдвига, узкий рабочий температурный диапазон, низкая седиментационная устойчивость, высокая электропроводность и токсичность, что ограничивает их широкое практическое использование 3. Таким образом, создание электрореологических жидкостей, лишенных указанных недостатков, является ключом к электрореологической технологии. Первоначальные исследования электрореологических жидкостей охватывали различные влагосодержащие компоненты суспензий, такие как кукурузный крахмал, силикагель, целлюлозу в качестве дисперсной фазы. В таких системах частицы твердой фазы содержали малые количества воды, адсорбированной на их поверхности 4. Водосодержащие ЭРЖ имеют значительное количество недостатков, таких как узкий диапазон рабочих температур изза испарения воды при высоких и замерзания при низких температурах, высокие плотности токов в связи с высокой проводимостью воды и высокая коррозионная активность 5.