Тема НИР «Функциональные наноматериалы на основе неорганических оксидов и полисахаридов для электрореологии»

О группе:

 

Проблематика исследований

 

Электрореологические жидкости (ЭРЖ) относятся к числу так называемых «умных материалов» (smart materials), реологические свойства которых (вязкость, предел текучести, модуль сдвига, и др.) могут изменяться под воздействием внешнего электрического поля. Электрореологические жидкости представляют собой коллоидные системы и дисперсии с размерами частиц твердой фазы от нескольких нанометров до десятков микрометров в диэлектрических жидкостях. Поскольку ЭРЖ могут обратимо изменять свои свойства при наложении электрического поля, переходя от жидкотекучего состояния к вязкопластичному в течение миллисекунд, они могут использоваться в качестве рабочих тел электрически управляемых механических передаточных устройств (демпферов, сцеплений, захватов, клапанов) в различных областях современной техники и промышленности. 

 

Текущее состояние

 

В лаборатории изучаются особенности проявления электрореологического  эффекта в электрореологических жидкостях, синтезированных с использованием разнообразных компонентов дисперсной фазы. Объектами исследования являются:

 

a)  индивидуальные вещества – такие, как оксиды кремния, титана, титанат бария, стронция, крахмал, целлюлоза, карбоксиметилцеллюлоза, активированные молекулярными активаторами: водой, аминами.

 

b)   гибридные органико-неорганические нанокомпозиты, сформированные по золь-гель технологии, характеризующиеся наличием химической связи между неорганическим и органическим структурным компонентами, в числе которых системы диоксид кремния – полипропиленгликоль, диоксид титана-полипропиленгликоль,  диоксид титана – гидроксипропилцеллюлоза.

 

c)    мезо-структурированные мезопористые материалы, полученные темплатным синтезом, с использованием в качестве темплатов мицелл,  образованных поверхностно-активными молекулами, такими как стеариновая кислота, додециламин и полимерными сурфактантами, а в качестве компонентов, образующих оболочки - продукты гидролиза алкоголятов титана, кремния и алюминия.

 

d)    ультрадисперсные структуры, построенные по типу неорганическое ядро – органическая оболочка, представляющие собой инкапсулированные в органические оболочки полимерной и молекулярной природы ультрадисперсные частицы неорганических оксидов или частицы металлов, покрытые оксидной оболочкой.

 

В связи с широким кругом объектов исследования в лаборатории осуществляется синтез перечисленных материалов с применением золь-гель технологии.

 

Используемое оборудование и методы исследований:

 

  • электрореовискозиметры, созданные на базе реометров Реотест и Брукфилд, 
  • установка для тестирования физико-механических свойств электрореологических жидкостей при растяжении и сжатии в электрических полях различной напряженности,  
  • микрокалориметры растворения, 
  • рентгенофазовый анализ, 
  • ИК-спектроскопия, 
  • электронная микроскопия, 
  • установка для измерения диэлектрических свойств коллоидных систем, 
  • оборудование для проведения золь-гель синтеза в условиях наложения ультразвуковых полей.

Электронная микрофотография мезопористого диоксида кремния. Площадь поверхности образца 640 м2/г (увеличение 20000 раз).
Электронная микрофотография мезопористого диоксида кремния. Площадь поверхности образца более 800 м2/г (увеличение 16000 раз).

 

 

Испытание электрореологической жидкости на растяжение

Кривые циклических испытаний ЭРЖ на растяжение/сжатие
Кривые растяжения ЭРЖ при наложении электрического поля
Кривые сжатия ЭРЖ при наложении электрического поля

Оборудование

Фото 1. Установка для тестирования физико-механических свойств электрореологических жидкостей (растяжение-сжатие) в электрических полях.

Фото 2. Установка для измерения диэлектрических свойств диссперсий.

Фото 3. Электрореовизкозиметр на базе ротационного вискозиметра РН-1 реотест.

Фото 4. Вискозиметр Брукфилда.

 

 

Награды:

Среди  достижений лаборатории можно представить высокоэффективную электрореологическую жидкость способную выдерживать высокие нагрузки на растяжение, сжатие и смещение.

 

В видеоролике представлена ЭРЖ находящаяся в межэлектродном пространстве.  Без приложения электрического поля частицы наполнителя находятся в беспорядочном движении (E=0), при приложении внешнего электрического поля (1 кВ)  к электродам частицы твердой фазы ЭРЖ формируют цепочечные структуры.

 

 

 

 

ЭРЖ представляют значительный теоретический интерес при поиске фундаментальных принципов влияния структуры и типа материала на межчастичные взаимодействия в электрических полях, и имеют широкий спектр практического применения при создании электроуправляемых устройств, основанных на контролируемом сопротивлении приложенной силы. Использование данного эффекта представляет интерес для создания электроуправляемых микрожидкостных.

В ролике представлена разработанная в нашей лаборатории высокоэффективная ЭРЖ способная выдерживать высокие нагрузки напряжения сдвига, растяжения и сжатия.

 

 

Ученый секретарь, Научный сотрудник
Кандидат химических наук
Научный сотрудник
Кандидат химических наук

1.  Иванов К.В., Агафонов А.В., Захаров А.Г. Золь-гель синтез наноразмерных ацетатотитанилов бария, бария-стронция и бария-кальция и их термическая эволюция в титанаты // Изв. Вуз. ”Хим. и хим. Технол.” 2010. Т.53, №12. С. 74-78.

2.   Агафонов А. В., Иванов К. В., Давыдова О. И., Краев А. С., Трусова Т. А., Захаров А. Г. Жидкофазный синтез солей ацетато- и оксалатотитанила бария как интермедиатов для получения наноразмерного титаната бария // Журн. неорг. химии. 2011. Т.56. №7. С. 1087–1091.

3. Агафонов А. В., Иванов К. В. Влияние диэлектрических характеристик суспензий наноразмерных ацетатотитанилов бария, бария-стронция и бария-кальция в полидиметилсилоксане на электрореологический эффект // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2012. Т. 48. № 1. С. 55-59.