资源描述：
《电流变体智能材料在交变电场下的透光性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、刘彦菊,张博明,冷劲松,王殿富(哈尔滨工业大学复合材料研究所,黑龙江哈尔滨150001)摘要:电流变体作为智能材料作动器的一种,在外加电场的作用下,其材料性能会发生显著的变化。本文主要研究了二氧化硅/淀粉复合颗粒电流变体在交变电场作用下的透光性能的变化。对不同浓度的流体、不同外加电场强度、不同外加电场频率以及不同电极间距几种情况下电流变体的透光性均进行了测试。关键词:电流变体;透光率;交变电场中图分类号:TB381实验22.1电流变材料本文所用的电流变体为二氧化硅/淀粉复合颗粒电流变体。复合颗粒
2、通过沉淀法制备,经分样筛筛分后备用。粒度分析测得该颗粒的粒度在3～50μm之间,体积平均直径为15.2μm。电流变体的连续相为二甲基硅油,其运动粘度为5×10-4m2/s。2.2测试本文采用如图1所示的装置对电流变体的透光性进行测试。入射光源为He-Ne激光器。ER流体置于一玻璃样品池中,其中有两面为导电玻璃充当电极。光源射出的光垂直射入到样品池的一侧电极上,穿过ER流体后,光束发生散射。在另一侧电极附近经透镜聚焦后,由光电二极管检测并将其转化为电信号。该信号经A/D转换后,由计算机进行处理。E
3、R流体所受交变电场由自行设计的高压交直流稳压电源输出,该电源在47～1200Hz的范围内可连续调频,输出电压范围为0～4kV。引言1电流变体(Electrorheologicalfluid)是材料特性可由外加电场进行控制的新型智能材料[1,2]。它是由尺寸极小的固体颗粒分散于介电的载液中所形成的悬浮体系。在外加电场作用下,该体系的流变性质会发生显著的变化,表现为表观粘度大幅度增加,流体变为粘胶状固体,甚至失去流动的能力。这种转变过程的速度极快,约为毫秒级,而且是可逆的。电流变体的这种独特性质使得
4、它成为智能材料中的重要作动器材料,并且在未来的结构振动控制、机电一体化技术中占有极其重要的地位。有关电流变体及其应用的研究大多是建立在ER流体在电场作用下力学性能发生变化的基础之上[3,4]。在电流变过程中,电流变体的分散相颗粒可以在电场作用下发生极化,由彼此间通过静电引力的作用结成沿电场方向的链状结构。这种体系结构的变化,不仅导致了ER流体流变力学性能的变化,同时也可导致流体光学性能发生变化。如ER流体的透射比、折射率等发生变化,以及材料表现出非线性光学特性。ER流体在电场作用下的光学性能变化
5、,为将其应用于可调光学透镜、可调显示器、透光率可调的智能窗等方面提供了可能。目前,关于电流变体光学性能的研究主要包括两个方面,一是利用光学测量手段来研究流体某些方面的性质,如USchindler等人使用激光多普勒测速技术研究了在狭缝中流动的电流变体的流速[5]、RTao等人利用激光衍射方法测试了电流变体的微观结构,发现ER流体在电场作用下的体心立方晶格结构[6];二是对电流变体的光学参量、非线性光学特性的研究,如YOtsubo等人研究了直流电场下的ER流体的透光性[7],LWZhou等人观察了E
6、R流体的一个重要非线性光学特性———二次谐波产生(SHG)[8],XPZhao等人研究了电流变体电磁流变体在直流电场下的光学性能[9]。本文主要研究了电流变体智能材料在交变电场作用下的透光性变化规律,为将其进一步用于自适应可调节光学器件打下了基础。图1测试装置Fig1Testapparatus本文分别测试了不同电场强度、不同电场频率、不同浓度、不同电极间距情况下的流体的透光性能。结果与讨论对于悬浮体系来说,如果介质的粘度越低,颗粒沉降的速度越快,则会导致体系的浓度沿重力方向有一梯度分布。这种体系
7、浓度的不稳定会影响到流体的透光性。如将悬浮颗粒为球形颗粒,根据Stokes定律,颗粒的沉降速度u为:32u=2gr(ρ-ρ0)9η式中:g为重力加速度,r为颗粒的等效半径,η为液相介质的粘度,ρ、ρ0分别为固、液相的密度。对本文的电流变体系,颗粒沉降速度的数量级为10-7m/s。在测试过程中,可认为体系是稳定的。实验测试的结果也表明在测量的短时间范围内体系透过光的强度基本是稳定的。图2中的两条曲线分别是空样品池和充满电流变体的样品池在零电场时的透过光强度随时间的变化。从图中我们可以看到,透过光强
8、不随时间变化。图中两条Ξ收稿日期:1998-12-02162《功能材料》2000,31(2)曲线均有些波动,这可能是由于激光器电源的不稳定、放大电路屏蔽不好造成的。需要指出的是,图中两条曲线的放大倍数不同,不能作定量对比。间距2mm时透过光的波动大。对电流变体进行显微观察时可发现,粒子链在电极附近区域很稳定,电极间距近时,稳定的区域相对就比较大,所以透过光强的波动就较小。图4电极间距为4mm时流体透光性随频率的变化Fig4ThetransmittanceofERfluidsundervariou
