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1、電子科技大學博士學位論文電流變效應及流變光學特性的研究姓名：吳孟強申請學位級別：博士專業(yè)：材料物理與化學指導教師：陳艾2002.1.1電子科技大學博士論文中文摘要(外加電場導致固液分散體系的結構與流變性質的變化稱為電流變效應。電流變體是由粒徑為微米或亞微米級的易極化粒子分散于低介電系數的液體絕緣介質中形成的復合懸浮體。電流變體在外加電場作用下能在毫秒級時問內發(fā)生明顯的、可逆的流變響應，從而被認為是“有可能使諸多工業(yè)部門發(fā)生變革的一弛智能材料”，它是材料科學和液態(tài)物理等領域的一大研究熱點和學科前沿。J本論文在研究雙相復合懸浮液電流變效應機理，及場致微結構變化特征的基
2、礎上，首次對電流變體流變光學特性進行了較深入的理論分析，并對電流變體的光學調控特性進行測試，從而首次提出并設計了光學特性動態(tài)可調的電流變體靈巧窗(61ectrorheologicalfluids—basedsmartwindow了ERFSW)智能結構，為電流變體應用研究提出了一條新思路，開拓了電流變體在靈巧窗智能結構等方面的應用。體文所得到的一些有益和有創(chuàng)新意義的結果可歸結如下：L1．在簡要評述現(xiàn)有電流變效應模型及機理的基礎上，按非均勻介質對雙相復合懸浮液的電流變效應進行理論分析，研究了電流變效應頻率誘導特性；基于復合系統(tǒng)滲透壓的計算，采用統(tǒng)計熱力學唯象理論，討論
3、了電流變效應的相分離特征，獲得了與實驗吻合的臨界參數：首次將定向滲流模型應用于電流變體臨界體積濃度的分析，得出一個描述電流變流體特征而不隨外加電場變化的臨界體積百分數為0．37。最后提出了作為進行電流變體專家系統(tǒng)設計基礎的變量方程的研究設想。2．實驗研究了不同方式電場誘導電流變體微結構變化特征。通過光學顯微觀察，對金屬及SiO：電介質微粒的電流變體中懸浮微粒的電致成鏈結構進行分析，采用分形理論討論了電流變體場致相分離結構特征，并表征了體系分形維數，得出了電場誘導電流變體聚集體的分形維數為1．78，從而證實了場致受限擴散凝聚(EDLA)生長方式對電流變效應的適應性。
4、同時得出，分形維數(D，)與外加電場性質無關，但隨微粒的體積百分數增加而趨近于DLA生長模式的特征值1．8。3．在場致纖維理論基礎上，考察短距離排斥力和流體動力學阻力，建立了基本模型，并對電流變效應進行二維計算機仿真分析；以庫侖定律為理論基礎，對電流變效應進行了三維計算機仿真分析；詳細討論了電流變體結構參數及外加電場對電流變體場致成鏈狀況的影響。采用有序參數量化了電流變體微粒電場誘導成鏈的結構特征。仿真結果表明，電流變體的電致成鏈過程可分為三個階中文摘要段，即快速生長階段，緩慢生長階段和穩(wěn)定階段；在成鏈過程中，小尺寸的微粒鏈和大尺寸的微粒鏈分別是流體的結構和其穩(wěn)定
5、性的重要決定因素。4．復合懸浮體的場致相分離特征賦予了電流變體的流變光學特性。本論文首次較深入地分析了電流變流體光散射特性并用于制作衍射光柵及三維光學晶體材料的可能性；在分析電流變體雙折射及雙色性的基礎上，著重分析了場致微結構變化對光透射特性的影響，首次提出將電流變體用于制作電控透光靈巧窗的結論，并設計出其模型。5．在評述ER流體測試技術的基礎上，針對其雙折射、旋光及光透射特性，建立廉價、可靠的電流變體光學特性的測試技術和系統(tǒng)，使獲得的數據有較好的重復性及與相關文獻的可比性。6．選擇、設計并制備了一系列懸浮微粒，配制了多種電流變體，實驗測試了電流變體的雙折射、旋光
6、特性，重點考察了透光可調特性，獲得了從紅外到可見光區(qū)域透射率頻譜。研究ER流體材料組成、外加電場及添加劑對其光學特性的影響，得到一系列有實用價值的實驗結果。其中，首次采用基于鈦酸四丁酯的凝膠一水熱法制備了長徑比為4：l的橢球狀銳鈦礦型Ti02微粒。外加直流電場E=300V／mm前后，Si0：系ER流體△疋為31．66％：Ti0。系ER流體太陽能透過率變化值△靠為37．84％：Ti0。包覆石墨系ER流體△％為44．48％；紡錘形Ti02系ER流體的△％為45．24％；氮代Ti0。系ER流體的△％可達52．0％。此結果高于普通ECSW對光的調控水平(約40％)，在國內
7、外未見報道。卜■y7關鍵詞：電流變效應，電流變體，流變光學，靈巧窗，計算機仿真電子科技大學博士論文AbstractThechangeofstructureandrheologicpropertiesinadispersingsystemofsolid．1iquidunderanexternalelectricfieldiscalledaselectrorheological(ER)effectE1ectrorhe0109icalfluids(ERfluids)isacompositesuspensionofpolarizablesolidparticleswith
8、aradi
