納米二氧化鈦的晶型控制與稀土摻雜對電流變性能的影響.pdf

1、電流變液在外加電場作用與撤除過程中粘度快速響應(yīng)的性質(zhì)，使之成為智能材料中引人注目的一支，然而，一般電流變液懸浮體系中常存在懸浮穩(wěn)定性差、體系剪切應(yīng)力小、響應(yīng)速度慢等問題，因此設(shè)計抗沉降、易相變、強響應(yīng)的新型電流變體系是推動電流變液實際應(yīng)用深入發(fā)展的必由途徑。
　　 二氧化鈦因其具有較高的介電常數(shù)、低電導(dǎo)率且易于合成等特點，在制備高效電流變液中受到廣泛地關(guān)注。本文以二氧化鈦電流變液為研究對象，通過溶劑熱法合成晶型可控的納米二氧化鈦

2、，并通過稀土元素摻雜改性以期進一步提高其對電場的響應(yīng)，細致地研究了合成工藝條件包括溶劑種類、摻雜元素種類與含量等對二氧化鈦納米粉體晶型控制與顆粒形貌的影響關(guān)系;進而通過偶聯(lián)劑表面改性及與聚合物納米復(fù)合等手段對合成二氧化鈦納米顆粒進行修飾與改性，以所制備制備二氧化鈦電流變液懸浮穩(wěn)定性;并在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地表征了所得電流變液懸浮穩(wěn)定性與電流變行為特征，建立了二氧化鈦晶型與顆粒形貌、摻雜元素種類與含量以及顆粒表面修飾與改性方法等因素對于電流變

3、液電流變性能的影響關(guān)系，得到主要結(jié)果與結(jié)論如下:
　　 1.納米二氧化鈦的晶型控制及稀土摻雜:采用溶劑熱法成功制備了納米二氧化鈦粉體，其晶型受到溶劑組成的調(diào)控:以氯仿為溶劑時所制備二氧化鈦為金紅石型，以甲醇為溶劑所合成二氧化鈦為純銳鈦礦型，而以乙醇-丙酮為混合溶劑所制備得到的產(chǎn)物為金紅石和銳鈦礦型二氧化鈦混晶;溶劑熱反應(yīng)溫度與反應(yīng)時間雖然未能對所合成二氧化鈦納米粉體晶型結(jié)構(gòu)產(chǎn)生實質(zhì)性影響，但其對于顆粒尺寸與形貌有著較大的影響，表

4、現(xiàn)為:隨著反應(yīng)溫度的提高、反應(yīng)時間的延長，顆粒尺寸變大。采用溶膠-凝膠結(jié)合水熱法制備稀土元素對二氧化鈦摻雜改性，所獲得二氧化鈦晶型未有改變，其主要導(dǎo)致二氧化鈦晶格的畸變;
　　 2.納米二氧化鈦的表面修飾及電流變液的制備:以硅烷偶聯(lián)劑KH-570對稀土摻雜二氧化鈦進行表面修飾，使之表面帶有碳碳雙鍵，進而與乙烯硅油分散相發(fā)生接枝反應(yīng)，有效改善了二氧化鈦納米顆粒在乙烯硅油中的分散性，修飾率為0.5時，其分散效果最佳;此外，利用二氧化

5、鈦顆粒表面正電與聚合物微球表面負電之間的靜電凝聚作用制備表面均勻吸附納米二氧化鈦的復(fù)合微球;
　　 3.納米二氧化鈦電流變性能的研究:通過沉降穩(wěn)定性測試表面經(jīng)過偶聯(lián)劑修飾后的納米二氧化鈦與乙烯硅油分散液發(fā)生接枝反應(yīng)，形成了纏結(jié)的三維“網(wǎng)狀”結(jié)構(gòu)，顯著地提高了電流變液的沉降穩(wěn)定性，可以長期放置無沉降;通過介電性能測試顯示稀土離子的種類及摻雜量對介電性能有顯著的影響且分散相納米顆粒的含量越高，電流變液的介電常數(shù)越大。綜合電流變液的沉