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电流变液(ElectrorheologicalFluids，简称ERE)是一种将高介电常数的固体颗粒分散于某些低介电常数的绝缘液体中形成的悬浮体系。施加电场后其流变性质可产生巨大的变化，可在数毫秒内由液态变成固态;撤去电场后，它又能可逆地恢复到液态。由于电流变液能快速、可逆地实现液-固相转变，其在液压系统、工程机械、机器人、航空航天等众多领域有潜在的应用价值。然而目前大部分电流变材料的剪切应力较低，不足以满足实际应用的需求，因此提高电流材料的剪切应力已成为一个急迫的任务。
粒子极化是引起颗粒间相互作用并最终导致流变性能发生变化的内在原因，在外电场作用下，电流变液中的分散相颗粒首先被极化然后沿电场方向排列成链状结构。与颗粒极化相关的介电参数如介电常数、电导率、损耗角正切等是影响材料电流变性能的重要参数，这些参数与材料的自身结构有很大关系，例如分子和晶体结构、微结构等。因而可以通过对分子或结构的化学设计来改变材料的介电性能和极化特征，进而设计出电流变性能优异的材料。在本项研究中，我们制备了一系列具有不同结构、不同形貌的介电颗粒，获得具有高电流变活性的分散相材料，并系统研究了结构和极化参数对电流变性能的影响，主要内容如下:
1.根据饱和极化模型以及极性分子取向模型设计并制备了两种不同类型的核壳结构的介电颗粒，以单分散的SiO2粒子为核并在外面分别包覆了一层氧化钛和草酸氧钛(TOC)。在外电场作用下，SiO2-TOC基电流变液比SiO2-TO2基电流变液具有更高的电流变活性。结合介电测试结果表明，电流变材料的TOC壳层更能加强颗粒之间的极化从而影响材料的电流变活性。
2.研究了核壳结构电流变液中介电核粒子的介电常数对电流变性能的影响，我们选取具有同样粒径的SiO2和TiO2粒子为核，外面包覆同样的极性分子壳层TOC，得到核壳结构的SiO2-TOC和TiO2-TOC粒子。结果表明，高介电常数的介电核能够加强壳层极性分子之间的相互作用，从而诱导产生更强的电流变活性。这部分工作为我们以后设计并制备高性能的电流变液提供了一个好的思路和方向。
3.研究了溶剂极性和介电常数对电流变性能的影响。通过自组装过程成功的制备了MA(甲酰胺)和DMF(N-N二甲基甲酰胺)改性的氧化钛颗粒。结果表明两种极性分子都能加强氧化钛的电流变活性，但是MA改性氧化钛电流变液具有更高的屈服应力。介电测试表明MA改性电流变液具有更高的介电常数差值△ε'以及适当的介电损耗峰，这说明具有高极性和介电常数的甲酰胺分子可以有效的加强电场下颗粒之间的相互作用。该结果不仅大大改进了材料的电流变性能，而且为我们获得高性能电流变液找到一个合适的方法。
4.除了材料的组分和结构以外，颗粒的形貌也被认为是影响电流变液性能的一个关键因素，本部分工作中我们详细研究了颗粒形貌对电流变性能的影响。我们通过表面改性得到了一种棒状的CTO(草酸氧钛钙)颗粒，介电测试表明改性后的棒状颗粒具有更高的介电常数，这说明其具有更强的极化能力，在外电场作用下可以诱导产生更大的相互作用力。因此相比传统的球形颗粒，棒状的CTO颗粒具有更加优良的电流变性能。一维棒状CTO颗粒相互连接后可以形成更加稳固的几何结构，粒子之间相互交叠的结构能有效抑制链状结构沿剪切场方向出现滑动，破坏这种结构比破坏各向同性颗粒（球形，不规则形貌的颗粒）需要更高的应力，因此棒状形貌可以有效地加强电流变液的屈服应力以及材料的刚性。此外我们还通过改进制备工艺，首次制备出了具有纺锤状形貌的CTO颗粒。电流变测试结果表明，这种纺锤状颗粒不但具有高的屈服应力，还具有低的零场粘度，高的电流变效率，具有很好的应用前景。
5.在实际应用中，不仅需要电流变液具有高的屈服应力，还需要其具有稳定的动态流变特性和高的剪切应力。我们通过简单的共沉淀方法，首次制备出一种Sn-Ti-O(STO)体系电流变材料，并通过表面改性得到一种花球状形貌的STO颗粒。电流变测试结果表明，这种STO基电流变液不但具有高的电流变活性而且表现出稳定的动态流变特性，在4kV/mm电场下其剪切应力可达43kPa并在整个速率的范围了维持在稳定。