項(xiàng)目名稱(chēng)：    無(wú)機(jī)電流變材料的設(shè)計(jì)、制備及其可調(diào)節(jié)性能研究

推薦單位：    陜西省

項(xiàng)目簡(jiǎn)介：    本項(xiàng)研究屬材料科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域，并與智能結(jié)構(gòu)等學(xué)科相關(guān)。

受生物細(xì)胞基本結(jié)構(gòu)和功能啟發(fā)，提出電流變材料介電三參數(shù)物理設(shè)計(jì)和組分與濕化學(xué)制備的化學(xué)設(shè)計(jì)模型；針對(duì)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(jié)構(gòu)與介電極化關(guān)系，提出一種用摻雜輕稀土元素改進(jìn)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(wú)機(jī)電流變材料；考慮體結(jié)構(gòu)與表面界面結(jié)構(gòu)對(duì)電流變效應(yīng)的影響，制備出高強(qiáng)度介孔無(wú)機(jī)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(fù)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(fù)合電流變材料方法；發(fā)現(xiàn)表面潤(rùn)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(wú)機(jī)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(wú)機(jī)電流變材料；發(fā)明了壓電材料與電流變液復(fù)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(chǎng)強(qiáng)度可調(diào)節(jié)光學(xué)性質(zhì)；觀察到電流變液的微波透射行為隨電場(chǎng)強(qiáng)度增加，存在透射率極小點(diǎn)等現(xiàn)象；建立了柔性?shī)A層膜振動(dòng)-輻射模型，闡明了低頻聲波透射可調(diào)控行為的原因。

通過(guò)本項(xiàng)目研究建立了無(wú)機(jī)電流變材料介電三參數(shù)控制的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，發(fā)展了介電微體系的設(shè)計(jì)方法和濕化學(xué)制備技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了許多可調(diào)節(jié)效應(yīng)。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(quán)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利23項(xiàng)。本項(xiàng)研究深化了對(duì)電流變材料機(jī)理的認(rèn)識(shí)，推動(dòng)了電流變科學(xué)的發(fā)展。所研制的具有高性能價(jià)格比、環(huán)保型的電流變材料和自耦合智能器件，在機(jī)械系統(tǒng)振動(dòng)與阻尼在線控制，高精度瞄準(zhǔn)、定位，超靜度隔振、致穩(wěn)及微流體機(jī)械和可調(diào)控微波、光學(xué)器件等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。

主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)：  （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(shè)計(jì)模型：從電流變液極化機(jī)理出發(fā)，提出介電常數(shù)、電導(dǎo)率、介電損耗控制材料的物理設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；通過(guò)介電測(cè)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(xì)胞結(jié)構(gòu)特征，從化學(xué)組分和組成方式出發(fā)，建立電流變材料化學(xué)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；發(fā)明了醇相介質(zhì)中制備摻雜稀土元素的TiO2、BaTiO3無(wú)水電流變材料方法，發(fā)現(xiàn)獲得高性能電流變效應(yīng)的稀土摻雜最佳范圍RE/Ti摩爾比；找到過(guò)渡金屬元素?fù)诫s提高電流變活性的條件；（學(xué)科分類(lèi)：4304010；論文序號(hào)：1、3）

（2）發(fā)現(xiàn)納米無(wú)機(jī)氧化物電流變材料結(jié)構(gòu)與介電性能特征：基于提出的電流變材料物理和化學(xué)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，由非均勻混合體系的介電理論建立多孔內(nèi)核結(jié)構(gòu)介電微體系的仿生結(jié)構(gòu)模型，發(fā)現(xiàn)材料結(jié)構(gòu)與介電性能特征，揭示載流子局域輸運(yùn)行為規(guī)律；發(fā)明介孔無(wú)機(jī)氧化物電流變材料制備技術(shù)、高聚糖與無(wú)機(jī)氧化物雜化電流變材料自組裝合成技術(shù)；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(jié)物方法；發(fā)現(xiàn)表面潤(rùn)濕性和介電性能變化規(guī)律，揭示介孔結(jié)構(gòu)及表界面結(jié)構(gòu)等性質(zhì)與極化特性關(guān)系；（學(xué)科分類(lèi)：4304070；論文序號(hào)：2）

（3）提出納米復(fù)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(fù)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(fù)合物和溶膠凝膠與機(jī)械化學(xué)法結(jié)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(duì)顆粒內(nèi)離子局域輸運(yùn)與極化特性的影響特點(diǎn)，找到表面包覆最佳質(zhì)量百分比，揭示無(wú)機(jī)氧化物電流變材料的納米化和表面包覆特性；（學(xué)科分類(lèi)：4304010；論文序號(hào)：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(dòng)模式，采用單對(duì)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(shè)計(jì)和制作了壓電材料與電流變液復(fù)合的自耦合阻尼器，實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，而且容易達(dá)到性能調(diào)控；（學(xué)科分類(lèi)：4304010；論文序號(hào)：7）

（5）發(fā)現(xiàn)電流變液可調(diào)節(jié)光學(xué)性質(zhì)：實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電流變液的透射、雙折射、旋光性能及其隨電場(chǎng)強(qiáng)度可調(diào)節(jié)光學(xué)、紅外性質(zhì)；觀察到電流變液的微波透射行為隨電場(chǎng)強(qiáng)度出現(xiàn)由減小向增加的改變，存在透射率的極小點(diǎn)等現(xiàn)象；（學(xué)科分類(lèi)：1403080；論文序號(hào)：8、9）

（6）提出柔性?shī)A層膜的低頻振動(dòng)-輻射模型：建立柔性?shī)A層膜的振動(dòng)-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(chǎng)問(wèn)題；將膜的振動(dòng)行為簡(jiǎn)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(shí)驗(yàn)證實(shí)復(fù)合柔性薄層低頻聲共振的可調(diào)諧性。（學(xué)科分類(lèi)：1403080；論文序號(hào)：10）

主要完成人：  1.   趙曉鵬

（1）提出介電常數(shù)、電導(dǎo)率、介電損耗控制材料的物理設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，發(fā)現(xiàn)納米無(wú)機(jī)氧化物電流變材料結(jié)構(gòu)與介電性能特征；模仿細(xì)胞結(jié)構(gòu)特征，建立電流變材料化學(xué)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和納米復(fù)合電流變材料制備方法（發(fā)現(xiàn)點(diǎn)1、2、3；論文序號(hào)：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(diǎn)4；論文序號(hào)：7）；

（3）發(fā)現(xiàn)電流變液可調(diào)節(jié)光學(xué)性質(zhì)（發(fā)現(xiàn)點(diǎn)5；論文序號(hào)：8、9）。

從1993年1月到2006年2月，在該項(xiàng)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(wú)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(diǎn)1；論文序號(hào)：1、3）；

（2）發(fā)明了介孔無(wú)機(jī)氧化物電流變材料制備技術(shù)，揭示介孔結(jié)構(gòu)及表界面結(jié)構(gòu)等性質(zhì)與極化特性關(guān)系（發(fā)現(xiàn)點(diǎn)2；論文序號(hào)：2）。

從1999年7月到2006年2月，在該項(xiàng)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(fù)合物和溶膠凝膠與機(jī)械化學(xué)法結(jié)合制備高嶺土/氯化鈉/鈦氧化物的方法，發(fā)現(xiàn)表面潤(rùn)濕性和介電性能變化規(guī)律（發(fā)現(xiàn)點(diǎn)3；論文序號(hào)：5）；

（2）建立顆粒極化模型，發(fā)現(xiàn)納米無(wú)機(jī)氧化物電流變材料結(jié)構(gòu)與介電性能特征（發(fā)現(xiàn)點(diǎn)2；論文序號(hào)：6）。

從2001年8月到2006年2月，在該項(xiàng)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(xué)、紅外性質(zhì)（發(fā)現(xiàn)點(diǎn)5；論文序號(hào)：8、9 ）；

（2）建立柔性?shī)A層膜的振動(dòng)-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(guān)系（發(fā)現(xiàn)點(diǎn)6；論文序號(hào)：10）。

從1993年1月到2006年2月，在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量的40%。

5.   唐宏

（1）設(shè)計(jì)和制作了單對(duì)電極直接受力的自耦合阻尼器模型，實(shí)驗(yàn)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(diǎn)4；論文序號(hào)：7）；

（2）實(shí)驗(yàn)證實(shí)復(fù)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(diǎn)6；論文序號(hào)：10）。

從1995年8月到1998年3月，2002年9月到2006年2月，在該項(xiàng)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