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复杂流体之“电流变液研究进展”

(2009-09-12 11:05:36)
标签:

电流变液

智能材料

屈服应力

理论

教育

复杂流体之“电流变液研究进展”
                         【此图出自J. Phys. Chem. B 113, 9092 (2009)】

电流变液是一种智能材料,在施加外加电场的情况下,这种材料的粘滞系数能够得到显著增强,从而由液体转变为准固体,这个转变的过程可以在瞬间(通常为毫秒量级)完成。所以,电流变液在紧急制动、减震器等领域有着重要的潜在应用价值。

其实,电流变液在上个世纪40年代末,就被发现,之后的几十年研究缓慢,直到90年代,热潮再起,至今,方兴未艾。2003年,香港科大沈平教授课题组报道了一种新型的极化分子型电流变液,此文当时发表于Nature Materials (即Nat. Mater. 2, 727 (2003))。这种材料的静态屈服应力(一个重要的参数,与粘滞系数成正比的关系)比通常的电流变液大得多,当时,他们把这种电流变液叫做“巨电流变液”。对于这种材料呈现出来的巨电流变效应,有不同的理论解释,起初是饱和极化理论,之后,有学者提出极化分子的取向极化理论(Chin. Phys. 15, 2476 (2006))等。

为了研究这种材料的一般工作机理,我们曾经尝试在二氧化钛颗粒表面修饰丁内酯(见J. Mater. Res. 23, 409 (2008), 或直接点击这个网页下载此文:http://www.physics.fudan.edu.cn/tps/people/jphuang/Mypapers/JMR-1.pdf),这种丁内酯分子不同于之前使用的尿素分子,我们旨在研究不同的极化分子的影响,以期揭示普适的机理。结果发现,用丁内酯分子修饰,同样可以得到比较大的静态屈服应力。

最近,我们的理论研究结果显示(见J. Phys. Chem. B 113, 9092 (2009), 或直接点击这个网页下载此文:http://www.physics.fudan.edu.cn/tps/people/jphuang/Mypapers/JPCB-10.pdf),这种屈服应力的增强,主要源于颗粒表层的极化分子的取向极化(见上图),并且揭示,极化之后的极化分子,在两个颗粒间,首尾相接,直接导致了颗粒间显著增强的吸引力,从而导致体系具有较大的静态屈服应力。我们的理论计算结果与不同课题组报道的实验结果,都吻合得非常好。

我们的此项研究澄清了极化分子型电流变液的工作机理,这对设计新型电流变液材料具有一定的理论指导意义。

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