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項目名稱： 無機電流變材料的設計、制備及其可調(diào)節(jié)性能研究
推薦單位： 陜西省
項目簡介： 本項研究屬材料科學與技術領域，并與智能結構等學科相關。
受生物細胞基本結構和功能啟發(fā)，提出電流變材料介電三參數(shù)物理設計和組分與濕化學制備的化學設計模型；針對令人困惑的具有高介電常數(shù)卻顯示低電流變活性的TiO2、BaTiO3，考慮晶體結構與介電極化關系，提出一種用摻雜輕稀土元素改進電流變液性能的新思路，發(fā)明了醇相介質(zhì)中制備摻雜稀土元素的氧化鈦電流變材料方法，制備出具有高電流變活性和高溫度穩(wěn)定性的稀土摻雜無機電流變材料；考慮體結構與表面界面結構對電流變效應的影響，制備出高強度介孔無機氧化物電流變材料，并大大拓寬了溫度使用范圍；發(fā)明聚苯胺及其衍生物/蒙脫土納米復合電流變材料乳液共混插層制備方法與二次插層取代制備高嶺土/羧甲基淀粉納米插層復合電流變材料方法；發(fā)現(xiàn)表面潤濕性和介電性能變化規(guī)律，找到表面包覆最佳質(zhì)量百分比，揭示無機氧化物電流變液材料納米化和表面包覆改性特性；研制出十余種具有高電流變活性、良好溫度穩(wěn)定性和優(yōu)異抗沉降性的無機電流變材料；發(fā)明了壓電材料與電流變液復合的自耦合阻尼器；發(fā)現(xiàn)電流變液的透射、雙折射、旋光性能及其隨電場強度可調(diào)節(jié)光學性質(zhì)；觀察到電流變液的微波透射行為隨電場強度增加，存在透射率極小點等現(xiàn)象；建立了柔性夾層膜振動-輻射模型，闡明了低頻聲波透射可調(diào)控行為的原因。
通過本項目研究建立了無機電流變材料介電三參數(shù)控制的設計準則，發(fā)展了介電微體系的設計方法和濕化學制備技術，發(fā)現(xiàn)了許多可調(diào)節(jié)效應。已經(jīng)發(fā)表論文152篇，其中SCI檢索78篇，EI檢索68篇，他引340 次；獲授權中國發(fā)明專利23項。本項研究深化了對電流變材料機理的認識，推動了電流變科學的發(fā)展。所研制的具有高性能價格比、環(huán)保型的電流變材料和自耦合智能器件，在機械系統(tǒng)振動與阻尼在線控制，高精度瞄準、定位，超靜度隔振、致穩(wěn)及微流體機械和可調(diào)控微波、光學器件等領域都有廣泛的應用前景。
主要發(fā)現(xiàn)點： （1）提出電流變材料三參數(shù)介電控制和氧化物稀土摻雜設計模型：從電流變液極化機理出發(fā)，提出介電常數(shù)、電導率、介電損耗控制材料的物理設計準則；通過介電測量與分析，發(fā)現(xiàn)晶格常數(shù)支配介電行為的特性；模仿細胞結構特征，從化學組分和組成方式出發(fā)，建立電流變材料化學設計準則；發(fā)明了醇相介質(zhì)中制備摻雜稀土元素的TiO2、BaTiO3無水電流變材料方法，發(fā)現(xiàn)獲得高性能電流變效應的稀土摻雜最佳范圍RE/Ti摩爾比；找到過渡金屬元素摻雜提高電流變活性的條件；（學科分類：4304010；論文序號：1、3）
（2）發(fā)現(xiàn)納米無機氧化物電流變材料結構與介電性能特征：基于提出的電流變材料物理和化學設計準則，由非均勻混合體系的介電理論建立多孔內(nèi)核結構介電微體系的仿生結構模型，發(fā)現(xiàn)材料結構與介電性能特征，揭示載流子局域輸運行為規(guī)律；發(fā)明介孔無機氧化物電流變材料制備技術、高聚糖與無機氧化物雜化電流變材料自組裝合成技術；提出β-環(huán)糊精交聯(lián)聚合物分子自組裝，制備超分子包結物方法；發(fā)現(xiàn)表面潤濕性和介電性能變化規(guī)律，揭示介孔結構及表界面結構等性質(zhì)與極化特性關系；（學科分類：4304070；論文序號：2）
（3）提出納米復合電流變材料制備方法：提出聚苯胺及衍生物/蒙脫土納米復合微粒乳液共混插層制備方法、二次插層取代制備高嶺土/羧甲基淀粉納米插層復合物和溶膠凝膠與機械化學法結合制備高嶺土/氯化鈉/鈦氧化物的方法，納米晶二氧化鈦包覆蒙脫土、高嶺土的溶膠凝膠方法等，發(fā)現(xiàn)微顆粒納米包覆對顆粒內(nèi)離子局域輸運與極化特性的影響特點，找到表面包覆最佳質(zhì)量百分比，揭示無機氧化物電流變材料的納米化和表面包覆特性；（學科分類：4304010；論文序號：4、5、6）
（4）發(fā)明自耦合電流變阻尼器：提出電流變液與壓電陶瓷組合的自耦合阻尼器模型，電流變液的工作選定為流動模式，采用單對電極且固定的形式，阻尼器的壓電陶瓷采用直接受力的工作方式。設計和制作了壓電材料與電流變液復合的自耦合阻尼器，實驗研究發(fā)現(xiàn)這種自耦合電流變阻尼器不僅省去外加電源和計算機控制系統(tǒng)，而且容易達到性能調(diào)控；（學科分類：4304010；論文序號：7）
（5）發(fā)現(xiàn)電流變液可調(diào)節(jié)光學性質(zhì)：實驗發(fā)現(xiàn)電流變液的透射、雙折射、旋光性能及其隨電場強度可調(diào)節(jié)光學、紅外性質(zhì)；觀察到電流變液的微波透射行為隨電場強度出現(xiàn)由減小向增加的改變，存在透射率的極小點等現(xiàn)象；（學科分類：1403080；論文序號：8、9）
（6）提出柔性夾層膜的低頻振動-輻射模型：建立柔性夾層膜的振動-輻射模型，將電流變膜的聲透射轉(zhuǎn)換為求等效活塞發(fā)生器的聲輻射場問題；將膜的振動行為簡化為2自由度模型，得到由貯能和損耗模量表示流體的彈性參數(shù)，實驗證實復合柔性薄層低頻聲共振的可調(diào)諧性。（學科分類：1403080；論文序號：10）
主要完成人： 1. 趙曉鵬
（1）提出介電常數(shù)、電導率、介電損耗控制材料的物理設計準則，發(fā)現(xiàn)納米無機氧化物電流變材料結構與介電性能特征；模仿細胞結構特征，建立電流變材料化學設計準則和納米復合電流變材料制備方法（發(fā)現(xiàn)點1、2、3；論文序號：1-6）；
（2）提出電流變液與壓電陶瓷組合的自耦合阻尼器模型（發(fā)現(xiàn)點4；論文序號：7）；
（3）發(fā)現(xiàn)電流變液可調(diào)節(jié)光學性質(zhì)（發(fā)現(xiàn)點5；論文序號：8、9）。
從1993年1月到2006年2月，在該項研究中的工作量占本人工作量的95%。
2. 尹劍波
（1）發(fā)明醇相介質(zhì)中制備摻雜稀土元素的TiO2、BaTiO3無水電流變液材料方法，發(fā)現(xiàn)晶格常數(shù)支配介電行為的特性（發(fā)現(xiàn)點1；論文序號：1、3）；
（2）發(fā)明了介孔無機氧化物電流變材料制備技術，揭示介孔結構及表界面結構等性質(zhì)與極化特性關系（發(fā)現(xiàn)點2；論文序號：2）。
從1999年7月到2006年2月，在該項研究中的工作量占本人工作量的95%。
3. 王寶祥
（1）找到二次插層取代制備高嶺土/羧甲基淀粉納米插層復合物和溶膠凝膠與機械化學法結合制備高嶺土/氯化鈉/鈦氧化物的方法，發(fā)現(xiàn)表面潤濕性和介電性能變化規(guī)律（發(fā)現(xiàn)點3；論文序號：5）；
（2）建立顆粒極化模型，發(fā)現(xiàn)納米無機氧化物電流變材料結構與介電性能特征（發(fā)現(xiàn)點2；論文序號：6）。
從2001年8月到2006年2月，在該項研究中的工作量占本人工作量的100%。
4. 羅春榮
（1）發(fā)現(xiàn)電流變液可調(diào)節(jié)光學、紅外性質(zhì)（發(fā)現(xiàn)點5；論文序號：8、9 ）；
（2）建立柔性夾層膜的振動-輻射模型，找到電流變膜聲透射與等效活塞發(fā)生器的轉(zhuǎn)換關系（發(fā)現(xiàn)點6；論文序號：10）。
從1993年1月到2006年2月，在該項研究中的工作量占本人工作量的40%。
5. 唐宏
（1）設計和制作了單對電極直接受力的自耦合阻尼器模型，實驗研究發(fā)現(xiàn)這種電流變阻尼器的自耦合特性（發(fā)現(xiàn)點4；論文序號：7）；
（2）實驗證實復合柔性薄層低頻聲共振的可調(diào)諧性，得到彈性參數(shù)的貯能和損耗模量表示（發(fā)現(xiàn)點6；論文序號：10）。
從1995年8月到1998年3月，2002年9月到2006年2月，在該項研究中的工作量占本人工作量的100%。
10篇代表性論文： 1. Preparation and electrorheological characteristics of rare-earth-doped TiO2 suspensions，Chemistry of Materials
2. Preparation and Electrorheological activity of mesoporous rare-earth-doped TiO2.Chemistry of Materials
3. Preparation and Enhanced Electrorheological Activity of TiO2 Doped with Chromium Ion,Chemistry of Materials
4. Electrorheological properties of a polyaniline -montmorillonite clay nanocomposite suspension, Journal of Materials Chemustry
5. Preparation of kaolinite /titania coated nanocomposite particles and their electrorheological properties，Journal of Materials Chemustry
6. Wetting of bionic nanopapilla particles and their high electrorheological activityAdvanced Functional Materials
7. A new kind of self-coupled electrorheological damper and its vibration character，Journal of IntelligentMaterial Systems andStructures
8. Optical activity of electrorheological fluids under external electric field, Journal of Applied Physics
9. Optical character of electrorheological and electromagnetorheological fluids，Optical Engineering
10. Sonic resonance in a sandwiched electrorheological panel，Journal of Applied Physics
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