新型高效率电流变材料老化特性研究

The discovery of new type electrorheological(ER) fluids with high ER efficiency attracts many interests on the applications. In this project, polar molecules that are sensitive to electrical field are used to modulate the surface properties of dielectric particles with size and shape controllable. Combining the particles with matched insulating oil, ER fluids with low viscosity and high shear stress are prepared. Simulating the work environment of ER fluids, the effects of temperature, time and electrical field on the leak current, dielectric constant and rheological properties of the ER fluid will be studied. By analyzing the change of the composition and microstrcture of ER fluids simultaneously, the effect of temperature, time and field on the microstructure and properties will be understood. The reuniting behavior of particles, the stability of polar molacules on the surface of the particles, and the change of rheological properties will also be studied. The origination causing the degradation of ER properties will be clarified.Based on the experimental results and microcosmic mechanism of aging, Monta Carlo simulation and artificial neural network modeling are used to guide the life assessment of ER materials.

本项目拟针对新型电流变材料使用过程中的老化行为，设计合成尺寸和形貌可控的介电颗粒，包覆易极化的极性材料，并辅以浸润性良好的耐高温分散剂，制备出高流变效率的电流变液。通过模拟电流变液实际应用的环境条件，从时间效应、温度效应、电场效应以及协同作用等方面系统地研究漏电流、介电常数和流变特性随时间的变化。结合对材料使用前后的结构对比分析，分析时间、温度和电场变化等实际使用参数对电流变材料的组成、微结构和性能的影响规律，有针对性地设计和优化制备高性能耐老化的新型电流变液材料的方法。掌握复杂应用环境下电流变液中介质颗粒的团聚行为、颗粒表面极性分子的脱离与分解、分散剂的结构稳定性以及电流变液的流变特性变化，探索应用中引起电流变液性能老化失效的根源，进一步通过蒙塔卡洛仿真和人工神经网络模拟建立电流变液老化的预测模型，结合宏观试验数据与微观老化机理，指导电流变材料的寿命评估和预测。

电流变液随着时间和应用环境的变化，存在着流变性能退化的问题。前期也有一些报道涉及到这方面的研究，但是由于材料的制备和性能优化方面是关注的重点，这些研究更多侧重于新材料合成和机理的探索，而对材料长期使用引起的性能变化的研究相对较少，对性能退化的原因了解得还不够深入。因此在电流变液实现产业化之前，必须首先进行稳定性评价对于这种新型电流变材料，这是产品实现应用推广必须解决的问题。.项目按计划顺利完成，并达到预期目的。项目组开展新材料设计与制备研究，完善和掌握了巨电流变材料颗粒的可控制备技术，获得超高强度电流变材料、高剪切强度（电场下）和低零场黏度的电流变材料；自行搭建、调试可连续记录剪切速率、温度、时间、电场及扭矩的电流变液测试装置；利用该装置系统拟电流变液的实际应用情形，研究研究温度效应和时间效应对材料长期使用流变性能的影响。发表SCI论文15篇，申请发明专利8项，其中1项已获授权。培养博士研究生1名，硕士研究生7名。