以二氧化钛前驱体为基的电流变液的成分分析和机理研究 - 物理学报.pdf

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 16 (2013) 164701 以二氧化钛前驱体为基的电流变液的 成分分析和机理研究* 1 2 1 1 1† 1 1 杨素红 赵立山 王强 沈容 孙刚 李晨曦 陆坤权 1) ( 中国科学院物理研究所, 软物质物理重点实验室, 北京凝聚态物理国家实验室, 北京 100190 ) 2) ( 北京科技大学数理学院物理系, 北京 100083 ) ( 2013年4月15 日收到; 2013年4月25 日收到修改稿) 制备了二氧化钛前驱体粉体, 它具有优良的巨电流变效应, 但不含一水草酸钙的成分. 通过X 射线衍射谱、扫 描电子显微镜、电感耦合等离子体光谱仪和热失重- 质谱联用仪等一系列实验手段, 对二氧化钛前驱体粉体进行 了表征, 发现它是非晶形态的纳米粉体, 其主要成分为TiOC O ·2H O 和TiO(OH) . 由二氧化钛前驱体配置的电 2 4 2 2 流变液具有与钛酸钙前驱体电流变液类似的温度特征, 即当处理温度超过160 ◦C 后, 电流变液的屈服强度会逐 渐降低, 至200 ◦C 后, 巨电流变效应完全消失. 通过对比分析发现, 伴随上述巨电流变效应消失过程的化学反应是 TiOC O ·2H O 在加热过程中失去了结晶水. 这些特征在所有钛酸盐系列的电流变液中均可观察到, 因此我们推断 2 4 2 TiOC O ·2H O 是钛酸盐系列巨电流变液中的关键物质. 2 4 2 关键词: 电流变液, 钛酸盐, 极性分子 PACS: 47.65.Gx, 65.80.−g DOI: 10.7498/aps.62.164701 的极性分子型电流变液做了认真细致的分析和研 13 1 引言 究 . 根据扫描电子显微镜(SEM)、X 射线衍射 谱(XRD)、电感耦合等离子体光谱仪(ICP)、热失 电流变液是由颗粒和绝缘液体组成的、流变 重质谱联用仪(TG-MS) 等一系列方法的分析, 给出 12 了CTO 粉体的化学组成中包含结晶体的一水草酸 性质可随电场改变的复杂流体 . 近年来发展起 来的巨电流变液(也称极性分子型电流变液)3−6 , 钙(COM), 以及不定形的草酸氧钛和偏钛酸. 在合 7 成CTO 的实验中, 将钛酸四丁酯去掉, 其他过程不 屈服强度比传统电流变液的理论上限 高出一个 数量级以上, 且电流密度低、抗沉淀性好、化学稳 变, 可制得纳米量级的一水草酸钙粉体. 用它配置 定性好, 显示出优异的综合性能, 具有良好的应用 电流变液时发现它与硅油的浸润性非常差, 也不拉 前景, 使得电流变液的研究上了一个新的台阶. 目 丝, 加电场后屈服强度不高, 没有巨电流变效应. 这 前国内外研究的巨电流变液基本上集中在钛酸盐 说明对于CTO 粉体而言, 一水草酸钙不是导致巨 8 9 电流变效应的主要因素.