電気応答性流体の材料設計に関する研究

电响应流体材料设计研究

基本信息

批准号：
08650882
负责人：
今野幹男
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

エレクトロレオロジー(ER)流体は、電場印加に伴う大きな流動特性変化(ER効果)や電場に対する高速な応答性から電気・機械変換機能を有した新規の機械要素作動流体として現在盛んに研究開発が行われている。代表的なER流体として絶縁性オイルに固体微粒子を分散させた粒子分散系が挙げられ、そのER効果は電場により誘電分極した粒子の電気的な引力作用による鎖状構造の形成に起因するとされている。しかしながら、電場強度やせん断速度あるいは電場周波数といった種々の因子とER効果との関連性については不明確な点が多く、ER流体の材料設計は未だ確立されていないのが現状である。従来、分散粒子の粒径が大きい(ミクロンオーダー)ほど高いER効果を示すどとが報告されているが、粒子の沈降などが生じ、系の安定性に対する問題点が指摘されている。そこで本研究では、金属アルコキシド重合法を用いてサブミクロンオーダーのシリカ粒子を合成し、ER効果の粒径依存性に関する検討を行った。その結果、サブミクロンオーダーを対象としたシリカ粒子分散系においてミクロンオーダーの粒子分散系に匹敵する高いER効果が現れることがわかった。また、光学顕微鏡実験により電場印加に伴う粒子鎖状構造の形成も確認した。さらに、電場が高いほどかつ粒径が小さいほど大きな履歴挙動が現れることも観測された。通常、分散系のレオロジー特性において高せん断場での構造破壊のため、せん断減少時の方が低いせん断応力を発生することが予想されるが、本系はせん断増加時より減少時の方が高いせん断応力を発生する流動特性を示した。この履歴挙動について検討したところ、せん断速度下での電場印加がこれに大きく影響することがわかった。また、粒子表面構造との関係を明確にするため、粒子表面の吸着水量や電解質添加量との関係も測定した。

由于与电场的应用及其对电场的快速响应相关的流动/机械转换功能，当前正在积极研究和开发电子（ER）流体作为具有电气/机械转换功能的新机械元素工作流体。典型的ER流体是颗粒分散系统，其中固体细颗粒分散在绝缘油中，据说这是由于链结构的形成是由于链结构的形成，这是由于已通过电场介导的颗粒的电吸引力。但是，关于各种因素（例如电场强度，剪切速率和电场频率）与ER效应之间的关系有许多不清楚的观点，并且尚未建立ER流体的材料设计。过去，据报道，分散颗粒的粒径越大（按微米的顺序），ER效应越高，但是已经指出了系统稳定性的问题。因此，在这项研究中，我们使用金属烷氧化物聚合方法合成了亚微米级的二氧化硅颗粒，并检查了ER效应的粒径依赖性。结果，发现在针对亚微米级的二氧化硅颗粒分散系统中，具有与微分级颗粒分散剂相当的高ER效应。此外，光学显微镜实验证实了由于使用电场的应用而形成了粒子链结构。此外，观察到电场越高，粒径越小，观察到历史行为越大。通常，由于色散系统的流变学特性中的高剪切场的结构性故障，预计当剪切减少时会发生较低的剪切应力，但是该系统显示出比剪切增加时剪切时会产生更高剪切应力的流动特性。检查了这种历史行为，发现以剪切速率应用电场对此有重大影响。另外，为了阐明与颗粒表面结构的关系，还测量了吸附在粒子表面上的水量与添加的电解质量之间的关系。