极性分子型电流变液的机理研究

This project is aimed at the understanding of the mechanism of the polar molecule dominated electrorheological fluids. The research will be carried out both experimentally and theoretically. In theoretical aspect, the properties of the superpolarized state of the water molecule under electric field, including the critical field strength, the structure and the modulus of the superpolarized state, will be investigated by Ab initio calculation. We shall also improve the dynamics of the electrorheological fluids by including the force resulting from higher order polarzation, which can be obtained by our multiple scattering method. In experimental aspect, the component of the polar molecule dominated electrorheological fluids will be analyzed by X-ray diffraction, Mass spectrum, thermogravimetry, infrared spectrum, etc. The influence to the electrorheological effect of the washing process will also be investigated carefully. From these researches, we shall validate or improve the new mechanism of the electrorheological effect based on the superpolarized state of the water molecule, and optimize the fabrication of the polar molecule dominated electrorheological fluids further.

本项目将针对与极性分子型电流变液的机理相关的问题进行研究。研究将从理论和实验两方面进行。理论研究包括：用从头计算的方法对水分子在电场下的行为进行计算，得到超极化态水出现的电场强度值，以及超极化态水的结构特征和弹性模量等；利用多重散射法的计算结果，将多极矩的相互作用力放入对复杂流体的计算当中，对现有的偶极流体的流动性质做出改进。实验研究包括：利用X射线衍射、质谱、热重分析、红外光谱等一系列手段对极性分子型电流变液的成分进行分析；对不同洗涤方式（包括溶液，时间，次数等）造成的电流变性能差异进行研究，着重分析不同洗涤方式处理后的粉体在成份，浸润性，以及表面特征上的变化。综合这些研究结果，证实或改进我们现在所提出的基于极性分子超极化态的电流变效应模型，并进一步优化极性分子型电流变液的制备工艺。

本项目是针对与极性分子型电流变液机理相关问题的研究，包括理论和实验两方面。在项目实施中主要研究了以下三方面的内容。其一，从实验上对极性分子型电流变液的成分作了认真的分析，找出了对强电流变液效应起决定性作用的成分。对极性分子电流变液的形貌特征，以及其形成过程也作了细致的研究。通过这些研究我们对极性分子电流变液有了全面的了解；其二，在理论方面我们首先利用基于多重散射理论开发的计算程序对颗粒体系的电场分布和受力情况做了计算。当实验结果表明颗粒中所含的水对极性分子电流变液的高屈服强度有决定性的作用后，我们又进行了水分子在电场下的行为特征的研究，并利用其结论给出了一个基于超极化态水的极性分子电流变液模型；最后，为了研究电流变液的动态性质，我们进行了颗粒流的研究。在该研究中，为了控制颗粒运动的一致性，我们提出了在颗粒体系的计算中施加随机力场的方法，并将随机力场的方法引入到对瓶颈区域的颗粒流的研究中。通过分子动力学模拟计算，我们得到了颗粒流在体积——随机力场强度空间中的相图，结果显示这个相图与气液相变中的体积——温度空间的相图类似。研究了限制在双层平行板内的颗粒堆的崩塌过程。