电流变液在平行平板剪切下的动态响应

建立了用于测试电流变液在两平行平板间剪切时对外加高压阶跃电场的剪切应力响应的实验测试系统.此系统对剪切应力变化的时间分辨率可以达到10 μs量级.利用此系统对基于沸石和硅油的电流变液的极化和退极化过程,电流变液在不同外加电场强度和不同剪切速率条件下的剪切应力上升和撤去电场时剪切应力的下降过程进行了研究.研究发现电流变液的剪切速率越高,其响应时间越短,随着外加电场的升高,响应时间略有增加.此实验结果与其他现有相关研究结果比较吻合.     

电流变液成链过程的一种序参量描述

在外加电场情形下,电流变液中固体颗粒就极化而成为电偶极子.电偶极子之间由于静电相互作用而聚集形成为链,然后在一个比较成链过程长很多的时间\[1-3]中这些链又进一步聚集形成柱状体.从整体来看电流变液就从液态变为固态.从物理上看这是一个在外场作用下粒子聚集的过程.由于链之间相互作用形成柱的过程比成链过程慢很多,故在考虑固体颗粒在外场作用下形成链的过程中可以忽略链与链之间的相互作用.我们将取固体颗粒为球,其半径为a.     

不同介电常数悬浮颗粒的电流变液固态结构

讨论了两种不同介电常数的固体颗粒不同配比时,对电流变液固态结构的影响.计算结果表明,颗粒的介电常数及配比变化时电流变液的固态结构没有变化,只影响其能量大小;而且发现在低介电常数颗粒的电流变液中加入少许高介电常数颗粒会引起体系能量的显著下降,从而增加了电流变液的稳定性和剪切应力.     

介电失配度对沸石电流变液界面极化的影响

利用介电谱方法研究了NaA沸石/硅油和NaA沸石/煤油两种电流变液的介电行为, 测量发现两体系在10⁵ Hz处均出现明显的弛豫现象. 采用单弛豫Cole-Cole函数拟合各体系的介电参数, 结果表明在相同体积分数条件下硅油体系具有较大的介电增量(?ε), 且两体系的介电增量与体积分数(φ)均服从?ε＝4ε_mφ的函数关系. 通过计算和分析粒子与介质间介电失配程度, 阐明了油介质的介电常数(ε_m)对于沸石电流变液界面极化强度的贡献. 此外研究了吸附水对沸石电流变液界面极化的影响, 结果发现水的吸附对于体系的?ε值没有影响, 但明显降低了弛豫时间, 证明吸附水对沸石电流变液的界面极化率具有增强作用.     

电流变液中悬浮颗粒的体积与形状的变化

基于偶极近似,运用电极化方法,定量研究了电流变液中悬浮颗粒在外电场作用下其体积和形状的变化,并计算了其体积和形状的相对变化率.研究结果表明:悬浮颗粒的体积和形状的相对变化率均与电场强度的平方成正比,并与ER本身的性质有关.一般情况下,颗粒的体积和形状的相对变化率分别为8.4%和12.5%,对总体积变化率的贡献为1.68%.这种变化对于ER系统的电涨和电热都作出了贡献,仅当将颗粒当作刚性球时,其自由能才与电场强度的平方成正比.     

石墨烯/聚合物纳米复合电流变材料

电流变智能流体在外电场刺激下能快速可逆地改变自身流变性能,具有重要技术应用价值.传统的基于微米颗粒的电流变流体易于沉降并且电致屈服强度不高限制了技术应用,最近基于纳米颗粒的非传统电流变材料研究受到重视,特别是具有各向异性形貌的纳米颗粒悬浮液被发现具有明显增强的电/磁流变效应.本文介绍了最近基于石墨烯的二维纳米复合电流变材料的研究进展,主要包括石墨烯/半导聚合物、石墨烯/极性聚合物、石墨烯/碳等几种典型的电流变材料的制备、结构和电流变行为.研究表明利用石墨烯独特的二维纳米结构、优异的电学和热学性质可能为制备新颖的高性能纳米电流变材料提供途径。     

外电场与微波交互作用下 BaTiO3 电流变液的透射特征

分别考虑了微波传播方向与电流变液颗粒链相垂直和平行的情况,对BaTiO3电流变液微波透射行为进行了实验研究.发现BaTiO3电流变液微波透射率可由外电场调控.在垂直的情形,当流体浓度较低时,透射率随电场强度增加而减小,并且随浓度增加电场调节微波透射率的变化幅度增加.浓度超过一定值时,透射率随电场出现由减小向增加的改变,存在透射率的极小点.在平行的情形,发现透射率随电场强度增加而减小.另外透射率随电场强度变化具有延时性,对于给定浓度的情形,电场强度增加延时性明显减小.     

旋转磁场作用下磁流变液颗粒运动及结构演化的模拟

通过对旋转磁场作用下磁流变液一定数目颗粒运动的数值模拟,在旋转平面内得到盘状聚集结构,在垂直于旋转平面的平面内得到层状结构,得出旋转磁场作用下磁流变液的结构特点.在模拟过程中颗粒受到的磁场作用力简化为磁偶极子间相互作用.     

高性能石油焦颗粒电流变液的研究

采用未经精制的石油催化裂化油浆的一步炭化产物,研究了将其作为电流变液粒子的可能性、条件和电流变性能.研究结果表明,经由油浆热转化所得焦化颗粒配制的电流变液的力学性能,在2 kV/mm直流场强下可达2 kPa以上,电流密度不超过60 μA/cm2,长期静置颗粒无明显沉降,是一种性能优良的实用型电流变液.     

电流变液中悬浮粒子形状与其固态结构之间的关系

采用近邻相互作用近似方法,计算了电流变液中悬浮粒子的形状对电流变液呈固态时基本结构的影响.结果表明:基本结构将随着悬浮粒子形状的变化而变化,特别是在扁椭球情况下,固态结构的相互作用能出现几个数量级的变化.     

脉冲电场O/W乳状液破乳的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了水包油(O/W)型乳状液体系中重油油滴在脉冲电场中的聚集行为. 通过改变电场占空比的模拟参数, 探讨了一定电场强度下的油滴聚集行为, 以及电场破乳时电场强度参数与占空比参数之间的联系. 同时利用静电势分布、 相互作用势能以及结合构象统计等分析方法, 从微观角度说明在电场作用下油滴的电荷分布与聚集机制. 模拟结果表明, 在近0.40~0.75 V/nm范围内电场强度下, 距离一定的重油滴聚集, 低电场强度可通过增加占空比促使油滴聚集, 且占空比随电场强度的增大而减小; 油滴在电场中发生形变, 油滴电荷出现两极化分布, 带负电沥青质分子引导油滴朝电场反方向移动; 无电场下聚集过程中沥青质处于两油滴界面, 范德华作用力为油滴聚集的主要作用力, 同时油滴界面沥青质分子与周围分子形成π-π结合构象, 增强了油滴间的相互作用力.     

分子动力学模拟研究[Bmim][PF_6]+水+醇三元体系的微观结构和分子间相互作用(英文)

研究离子液体体系的微观结构和分子间相互作用具有重要意义.本文对1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Bmim][PF6])+水+乙醇和[Bmim][PF6]+水+异丙醇三元体系进行了分子模拟研究,计算了径向分布函数和不同组成的水-醇混合溶剂与离子液体阴阳离子间的相互作用能,并将其分解为库仑相互作用能和Lennard-Jones(LJ)势能.在此基础上,研究了溶液体系的微观结构、分子间相互作用和相行为.结果表明,水倾向于与离子液体阴离子和阳离子极性部分作用,醇倾向于与阴离子和阳离子非极性部分作用;库仑力主导阴离子-溶剂相互作用,色散力主导阳离子-溶剂相互作用,阴阳离子的缔合状态对色散力影响较小,对库仑力的影响非常显著.     

接枝共聚改性氧化淀粉及电流变性研究

通过自由基接枝共聚的方法，合成了改性的氧化淀粉-BA—MAA—Gd共聚物，采用红外光谱、扫描电镜、同步热分析、x射线粉末衍射等方法对产物进行了结构表征。用接枝物制备了电流变液，测定了在不同接枝物含量和电场强度下体系的电流变效应。实验结果表明：该电流变液体系的剪切应力随着电场强度的增大而增大；而在相同电场强度下，剪切应力则随电流变液中接枝物含量的增加而增大。     

分子动力学模拟研究[Bmim][PF6]+水+醇三元体系的微观结构和分子间相互作用

研究离子液体体系的微观结构和分子间相互作用具有重要意义. 本文对1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Bmim][PF₆])+水+乙醇和[Bmim][PF₆]+水+异丙醇三元体系进行了分子模拟研究, 计算了径向分布函数和不同组成的水-醇混合溶剂与离子液体阴阳离子间的相互作用能, 并将其分解为库仑相互作用能和Lennard-Jones(LJ)势能. 在此基础上, 研究了溶液体系的微观结构、分子间相互作用和相行为. 结果表明, 水倾向于与离子液体阴离子和阳离子极性部分作用, 醇倾向于与阴离子和阳离子非极性部分作用; 库仑力主导阴离子-溶剂相互作用, 色散力主导阳离子-溶剂相互作用, 阴阳离子的缔合状态对色散力影响较小, 对库仑力的影响非常显著.     

水溶液中氯化铯与糖(D-葡萄糖、D-果糖和蔗糖)相互作用的热力学参数研究(298.15K)

用钾离子选择性电极为测量电极,氯离子选择性电极为参比电极,设计组成无液接电池,用于氯化铯-糖(葡萄糖、果糖及蔗糖)-水三元体系中组分之间弱相互作用的热力学性质研究.通过测量电池的电动势获得氯化铯在糖水溶液中的活度系数,根据Scatchard理论推测出糖在氯化铯水溶液中的活度系数.通过Mcmillan-Mayer理论将体系的过量热力学函数与溶液中溶质的相互作用参数相关联,获得氯化铯与糖在水溶液中相互作用的吉布斯自由能参数及盐效应常数.运用结构相互作用模型、糖的羟基水化效应及色散能理论,探讨体系中溶质-溶质、溶质-溶剂间的相互作用及糖的立体结构和金属离子体积对热力学参数的影响.     

疏水改性聚丙烯酰胺对原油组分界面扩张流变性质的影响

利用悬挂滴方法研究了疏水改性聚丙烯酰胺(HMPAM)对胜利采油厂高温高盐油藏采出原油中酸性活性组分和沥青质界面膜扩张流变性质的影响,考察了不同活性组分浓度条件下的界面扩张流变行为.实验结果表明:1750mg·L-1HMPAM能够在界面上形成网络结构,界面扩张模量数值高达100mN·m-1左右;油相中的酸性组分随着老化时间增加吸附到界面上,与HMPAM分子的疏水改性部分形成聚集结构,一方面通过快速的扩散交换过程大大降低扩张模量,另一方面通过与疏水改性部分的相互作用加强HMPAM分子间的缔合强度,增强网络结构的弹性.沥青质分子尺寸相对较大,分子间存在氢键等较强的相互作用,造成沥青质界面聚集体和HMPAM形成的网络结构共同决定界面膜性质,混合膜的扩张模量较单独HMPAM体系仅略有降低.     

沸石电流变液材料的研究

系统地研究了沸石的由离子类型、数目、骨架的孔道大小和结构特性对沸石电流变液性能的影响. 证实了阳离子在电场中的迁移所引起的晶粒极化是Y，A和M等沸石电流变特性的基础，指出了较大的孔径和具有足够多易迁移的阳离子是该类沸石具有较好电流变性的的前提．根据NaZSM－5沸石在高电场中与其它沸石表现不同，具有屈服应力大而漏电流小的特点，提出了沸石晶粒极化还可能存在的另一种新的晶格变形机理．     

电流变阻尼器的抗冲击性能研究

从理论和试验两个方面研究了所设计的电流变阻尼器在大冲击下的抗冲击性能,分析了电流变液性能与阻尼器结构参数对抗冲击性能的影响.认为采用高性能的电流变液体及改变结构参数,都可以使电流变阻尼器的高速缓冲性能提高.电流变液流速对电流变液的屈服应力影响显著,其值随流速的增加按指数规律减小.从定性、定量两个方面分析了电流变阻尼器作为阻尼器效果不明显的原因为:由电流变效应引起的阻尼力在整个液压阻力中所占比例太小,不能通过改变电压来使液压阻力具有很大的调节可控范围.     

平行平板间电流变液非零压力梯度Couette流动的稳定性分析

采用Rajagopal和Wineman所提出本构方程,对电流变液在二维平行平板间非零压力梯度Couette流动的线性稳定性问题进行研究.通过分析和数值计算发现,任何壁面运动都将使流动稳定性增强.在外加电场存在的情况下,电流变液效应也将使流动稳定性增强.     

聚N-甲基苯胺/蒙脱土纳米复合材料的合成及其协同电流变效应

用插层聚合法制备了聚N 甲基苯胺 蒙脱土纳米复合材料微粒 ,通过IR、XRD及TEM对其结构进行了表征 .观察发现聚N 甲基苯胺插入蒙脱土层间后 ,蒙脱土片层间距由 0 96nm扩大至 1 34nm .将其分散在甲基硅油中 (2 0wt% )配制成无水电流变液 ,该复合材料表现出显著的协同效应 ,具有较好的电流变行为 .实验表明在电场作用下聚N 甲基苯胺 蒙脱土纳米复合材料的电流变效应比聚苯胺、蒙脱土都有显著提高 ,在 3kV mm(DC ,74 5s- 1 )时 ,剪切强度达 6 0kPa ;同时抗沉降性极好 ,静置 6 0天沉淀率小于 3% .介电性能测试表明聚N 甲基苯胺 蒙脱土纳米颗粒的介电常数和介电损耗较蒙脱土和聚N 甲基苯胺明显提高 ,电导率也达到了最佳范围 .