寧波材料所制備出具有高電流變效率的電流變材料

　　電流變液是一種在電場(chǎng)下可發(fā)生類似液—固相變的智能材料，具有剪切強(qiáng)度（彈性模量或流變性質(zhì)）連續(xù)可調(diào)、快速響應(yīng)（毫秒量級(jí)）和可逆轉(zhuǎn)變的特性，在自動(dòng)控制、減震降噪、機(jī)械傳動(dòng)等諸多領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值。近年來(lái)，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所微納功能材料與應(yīng)用團(tuán)隊(duì)圍繞電流變材料的可控合成和機(jī)理研究方法開展系統(tǒng)工作。團(tuán)隊(duì)科研人員研究了分散相顆粒表面形態(tài)、尺寸、聚集狀態(tài)及浸潤(rùn)性質(zhì)與電流變液性能間的影響規(guī)律（J. Mater. Chem. C 2014, 2, 5629；Smart Mater. Struct. 2014, 23, 075005；Appl. Phys. Lett. 2012, 101, 101908），并制備出一系列具有高屈服強(qiáng)度的電流變液，分散相材料包括草酸氧鈦鈣CTO、草酸氧鈦錫STO、氧化鈦等納米顆粒（RSC Adv. 2014, 4, 29622；J. Colloid Interface Sci. 2012, 378, 36）。

　　隨著電流變液屈服強(qiáng)度的提高，其與初始粘度之間的矛盾也越來(lái)越突出。屈服強(qiáng)度高的電流變液，初始粘度也非常高，導(dǎo)致場(chǎng)致力的比例下降，力的調(diào)節(jié)范圍和能力也隨之下降。最近，該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種新穎的CTO材料制備方法，在無(wú)表面活性劑的水/醇混合體系中合成紡錘形微米顆粒（長(zhǎng)徑比～3）。施加電場(chǎng)后紡錘形顆粒沿電場(chǎng)方向排列成鏈，顆粒間的極性基團(tuán)發(fā)生取向排布并相互作用，顆粒尖端的高局域電場(chǎng)可極大提高極性基團(tuán)間的作用力及鏈狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。該材料與硅油有良好的浸潤(rùn)性，當(dāng)固含量為38 vol% 時(shí)，初始粘度小于6 Pa.s (100 s-1)，5 kV/mm時(shí)屈服強(qiáng)度超過(guò)60 kPa，電流變效率可達(dá)6000，比已報(bào)道的鈦氧基類電流變材料高1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。相關(guān)工作發(fā)表在NPG Asia Materials上，獲得審稿人高度評(píng)價(jià)。

　　以上工作得到中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)（2013196）、國(guó)家自然科學(xué)基金（21573267）、浙江省自然科學(xué)基金（LY14B070012）及寧波市創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(2015B11002)等項(xiàng)目的大力支持。

圖1. 不同電場(chǎng)下電流變液的屈服強(qiáng)度及電場(chǎng)中的顆粒排布情況

圖2. 電流變液阻尼器件示意圖及照片