氧化钛基纳米复合材料的制备及其电流变性能研究

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我们所熟知的电流变液主要是由可极化的纳米颗粒分散在可绝缘的油体里而组成的两相液体,其流变性能会在所加的电场作用下发生瞬时并且可逆的变化,而这种现象的来源是因为电流变液在电场作用下,内部相邻的纳米颗粒互相吸引从而会形成沿电场方向排列的一种链状结构。由于所研究的电流变液会对电信号产生快速并且可逆的反应,因此电流变会在减震器、离合器、制动领域中有非常广泛的应用前景。随着电流变领域的迅速发展,它也产生了一些制约性的问题,比如极化力较低,温度依赖性,悬浮体漏电流或颗粒沉淀等。为了克服这些问题,研究者们开发了各种各样形态各异的电流变材料,其中最主要的就是无机半导体材料和导电聚合物材料。而在这其中,TiO2是目前研究领域最火热的一种,TiO2具有高介电常数、良好的热稳定性、制备多样性以及生物相容性等优点,另它从而成为最优秀的电流变材料之一。但是,TiO2所产生的电流变效应会限制于其屈服应力的不足,抗沉淀性能也较差,因此我设计出了用TiO2来包裹不同材料,从而形成核壳的复合材料。核壳结构的纳米粒子由于自身的属性优势,也逐渐吸引了越来越多的目光,它是由两种纳米颗粒组合而成的,其中一个是作为核(内部中心材料),一个作为外壳(外部包覆材料)。由于外壳材料的包覆,可以改变内部材料的介电性、热稳定性差等性能,从而提高整个核壳结构的整体稳定性、分散性以及抗沉淀性等性能,最终,核壳结构纳米颗粒会表现出不同于两种组合材料的独特特性。现在核壳结构的研究材料非常多,其中包括了有机物包覆有机物,无机物包覆有机物,有机物包覆无机物等等。而二氧化钛由于自身性能的良好成为了核壳研究领域的重要成员之一,在本实验中选择用氧化钛包覆钛酸纳米管和二硫化钼以及乙二醇基铁。从而最终提高电流变性能的纳米复合材料,以下是实验内容以及结果:1:首先用氢氧化钠与二氧化钛颗粒作为原料并用水热法的方法成功制备出钛酸纳米管H2Ti2O5,并以它为基体在外部包覆氧化钛,采用溶剂热的方法制备出氧化钛@H2Ti2O5核壳结构的纳米颗粒。然后用TEM,SEM,XRD观察其形貌,晶型结构等。最后,将氧化钛@H2Ti2O5核壳结构的纳米颗粒分散在硅油中形成了电流变液体,用电流变仪测试发现该复合颗粒表现出了很强的电流变效应。2:第一步先利用化学剥离法制备出片层状的二硫化钼,以其作为载体,通过水解法使纳米二氧化钛包覆在二硫化钼上,并采用这种复合颗粒作为分散相制备出电流变液。之后使用SEM,XRD等仪器对该复合颗粒表面形貌和晶型结构进行了表征,并利用电流变仪对其电流变液进行了流变性能测试。从SEM照片中看出复合颗粒形貌均一。同时该复合颗粒制备出的电流变液在不同电场下剪切应力提升明显,展现出较强的电流变性能。3:本实验采用两步法制备出乙二醇基铁/氧化钛核壳结构纳米复合粒子,并将制备得到的复合颗粒分散在硅油中得到一系列的电流变液。首先采用高温回流法制备出乙二醇基铁模板,然后分别用水解法和溶剂热制备出氧化钛纳米颗粒包覆在乙二醇基铁模板表面。之后使用XRD、SEM、电流变仪等仪器对纳米复合粒子进行结构的表征和性能的测试。并且还探究了不同种类的表面活性剂复配体系对纳米复合粒子电流变性能的影响。通过对比,水解法得到纳米复合粒子相比于溶剂热在形貌和电流变性能方面都有所提高。
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