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项目名称： 无机电流变材料的设计、制备及其可调节性能研究
推荐单位： 陕西省
项目简介： 本项研究属材料科学与技术领域，并与智能结构等学科相关。
受生物细胞基本结构和功能启发，提出电流变材料介电三参数物理设计和组分与湿化学制备的化学设计模型；针对令人困惑的具有高介电常数却显示低电流变活性的TiO2、BaTiO3，考虑晶体结构与介电极化关系，提出一种用掺杂轻稀土元素改进电流变液性能的新思路，发明了醇相介质中制备掺杂稀土元素的氧化钛电流变材料方法，制备出具有高电流变活性和高温度稳定性的稀土掺杂无机电流变材料；考虑体结构与表面界面结构对电流变效应的影响，制备出高强度介孔无机氧化物电流变材料，并大大拓宽了温度使用范围；发明聚苯胺及其衍生物/蒙脱土纳米复合电流变材料乳液共混插层制备方法与二次插层取代制备高岭土/羧甲基淀粉纳米插层复合电流变材料方法；发现表面润湿性和介电性能变化规律，找到表面包覆最佳质量百分比，揭示无机氧化物电流变液材料纳米化和表面包覆改性特性；研制出十余种具有高电流变活性、良好温度稳定性和优异抗沉降性的无机电流变材料；发明了压电材料与电流变液复合的自耦合阻尼器；发现电流变液的透射、双折射、旋光性能及其随电场强度可调节光学性质；观察到电流变液的微波透射行为随电场强度增加，存在透射率极小点等现象；建立了柔性夹层膜振动-辐射模型，阐明了低频声波透射可调控行为的原因。
通过本项目研究建立了无机电流变材料介电三参数控制的设计准则，发展了介电微体系的设计方法和湿化学制备技术，发现了许多可调节效应。已经发表论文152篇，其中SCI检索78篇，EI检索68篇，他引340 次；获授权中国发明专利23项。本项研究深化了对电流变材料机理的认识，推动了电流变科学的发展。所研制的具有高性能价格比、环保型的电流变材料和自耦合智能器件，在机械系统振动与阻尼在线控制，高精度瞄准、定位，超静度隔振、致稳及微流体机械和可调控微波、光学器件等领域都有广泛的应用前景。
主要发现点： （1）提出电流变材料三参数介电控制和氧化物稀土掺杂设计模型：从电流变液极化机理出发，提出介电常数、电导率、介电损耗控制材料的物理设计准则；通过介电测量与分析，发现晶格常数支配介电行为的特性；模仿细胞结构特征，从化学组分和组成方式出发，建立电流变材料化学设计准则；发明了醇相介质中制备掺杂稀土元素的TiO2、BaTiO3无水电流变材料方法，发现获得高性能电流变效应的稀土掺杂最佳范围RE/Ti摩尔比；找到过渡金属元素掺杂提高电流变活性的条件；（学科分类：4304010；论文序号：1、3）
（2）发现纳米无机氧化物电流变材料结构与介电性能特征：基于提出的电流变材料物理和化学设计准则，由非均匀混合体系的介电理论建立多孔内核结构介电微体系的仿生结构模型，发现材料结构与介电性能特征，揭示载流子局域输运行为规律；发明介孔无机氧化物电流变材料制备技术、高聚糖与无机氧化物杂化电流变材料自组装合成技术；提出β-环糊精交联聚合物分子自组装，制备超分子包结物方法；发现表面润湿性和介电性能变化规律，揭示介孔结构及表界面结构等性质与极化特性关系；（学科分类：4304070；论文序号：2）
（3）提出纳米复合电流变材料制备方法：提出聚苯胺及衍生物/蒙脱土纳米复合微粒乳液共混插层制备方法、二次插层取代制备高岭土/羧甲基淀粉纳米插层复合物和溶胶凝胶与机械化学法结合制备高岭土/氯化钠/钛氧化物的方法，纳米晶二氧化钛包覆蒙脱土、高岭土的溶胶凝胶方法等，发现微颗粒纳米包覆对颗粒内离子局域输运与极化特性的影响特点，找到表面包覆最佳质量百分比，揭示无机氧化物电流变材料的纳米化和表面包覆特性；（学科分类：4304010；论文序号：4、5、6）
（4）发明自耦合电流变阻尼器：提出电流变液与压电陶瓷组合的自耦合阻尼器模型，电流变液的工作选定为流动模式，采用单对电极且固定的形式，阻尼器的压电陶瓷采用直接受力的工作方式。设计和制作了压电材料与电流变液复合的自耦合阻尼器，实验研究发现这种自耦合电流变阻尼器不仅省去外加电源和计算机控制系统，而且容易达到性能调控；（学科分类：4304010；论文序号：7）
（5）发现电流变液可调节光学性质：实验发现电流变液的透射、双折射、旋光性能及其随电场强度可调节光学、红外性质；观察到电流变液的微波透射行为随电场强度出现由减小向增加的改变，存在透射率的极小点等现象；（学科分类：1403080；论文序号：8、9）
（6）提出柔性夹层膜的低频振动-辐射模型：建立柔性夹层膜的振动-辐射模型，将电流变膜的声透射转换为求等效活塞发生器的声辐射场问题；将膜的振动行为简化为2自由度模型，得到由贮能和损耗模量表示流体的弹性参数，实验证实复合柔性薄层低频声共振的可调谐性。（学科分类：1403080；论文序号：10）
主要完成人： 1. 赵晓鹏
（1）提出介电常数、电导率、介电损耗控制材料的物理设计准则，发现纳米无机氧化物电流变材料结构与介电性能特征；模仿细胞结构特征，建立电流变材料化学设计准则和纳米复合电流变材料制备方法（发现点1、2、3；论文序号：1-6）；
（2）提出电流变液与压电陶瓷组合的自耦合阻尼器模型（发现点4；论文序号：7）；
（3）发现电流变液可调节光学性质（发现点5；论文序号：8、9）。
从1993年1月到2006年2月，在该项研究中的工作量占本人工作量的95%。
2. 尹剑波
（1）发明醇相介质中制备掺杂稀土元素的TiO2、BaTiO3无水电流变液材料方法，发现晶格常数支配介电行为的特性（发现点1；论文序号：1、3）；
（2）发明了介孔无机氧化物电流变材料制备技术，揭示介孔结构及表界面结构等性质与极化特性关系（发现点2；论文序号：2）。
从1999年7月到2006年2月，在该项研究中的工作量占本人工作量的95%。
3. 王宝祥
（1）找到二次插层取代制备高岭土/羧甲基淀粉纳米插层复合物和溶胶凝胶与机械化学法结合制备高岭土/氯化钠/钛氧化物的方法，发现表面润湿性和介电性能变化规律（发现点3；论文序号：5）；
（2）建立颗粒极化模型，发现纳米无机氧化物电流变材料结构与介电性能特征（发现点2；论文序号：6）。
从2001年8月到2006年2月，在该项研究中的工作量占本人工作量的100%。
4. 罗春荣
（1）发现电流变液可调节光学、红外性质（发现点5；论文序号：8、9 ）；
（2）建立柔性夹层膜的振动-辐射模型，找到电流变膜声透射与等效活塞发生器的转换关系（发现点6；论文序号：10）。
从1993年1月到2006年2月，在该项研究中的工作量占本人工作量的40%。
5. 唐宏
（1）设计和制作了单对电极直接受力的自耦合阻尼器模型，实验研究发现这种电流变阻尼器的自耦合特性（发现点4；论文序号：7）；
（2）实验证实复合柔性薄层低频声共振的可调谐性，得到弹性参数的贮能和损耗模量表示（发现点6；论文序号：10）。
从1995年8月到1998年3月，2002年9月到2006年2月，在该项研究中的工作量占本人工作量的100%。
10篇代表性论文： 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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