石墨烯对PDMS基磁流变弹性体粘弹性影响的实验研究开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

磁流变材料是一类具有流变特性的智能材料,在磁场的作用下,其流变特性可发生连续、迅速和可逆的变化[1]。磁流变材料是一种流变性能可由磁场控制的新型智能材料.由于其响应快(ms 量级)、可逆性好(撤去磁场后,又恢复初始状态)、以及通过调节磁场大小来控制材料的力学性能连续变化,因而近年来在汽车、建筑、振动控制等领域得到广泛应用[2]。磁流变弹性体(magnetorheological elastomer,mre)是一类新型的磁流变智能材料,是在磁流变液的基础上发展起来的。将磁流变液中的液态母体用弹性体材料代替,即可制备成磁性粒子分散在弹性体中的复合材料。因此与磁流变液相比,其不仅保持了可逆、可控、响应快等特性,还具有稳定性好、不易磨损和不易沉降等优点#8943;,成为近年来磁流变智能材料的研究热点。[3] 磁流变(mr)弹性体是智能和智能结构材料其机械性能,如流变和弹性特性,可以使用外部磁场在几毫秒内可逆地调整和修改。因此,mr弹性体可以有广泛的工程应用,包括电流有源元件,悬架衬套,抗震保护,发动机支架,以及自适应调谐的减振器[4]。

石墨烯为石墨的一种隔离层,其碳原子由sp2杂化轨道连接,形成单一原子表面层状结构,这使得其具有优异物理化学特性:表面积比其他填料大,拉伸强度大,导电性好,具有好的气体阻隔性[5]。将石墨烯作为橡胶填充剂,少量添加即可显著地提升橡胶的力学性能,并且使其展现出良好的多功能性,如电、热、摩擦性能等[6]。根据石墨烯与聚合物的相互作用方式不同, 可将石墨烯聚合物复合材料分为石墨烯填充聚合物复合材料、层状石墨烯聚合物复合材料和功能化聚合物复合材料[7] 。

智能材料是具有物理或化学性质的复合材料,其可以通过外部刺激(例如磁场或电场,应力,温度,湿度,ph等)以可逆方式控制。磁流变(mr)材料是一组智能材料,其流变性和粘弹性可通过施加外部磁场而改变。因此,它们在机械设备中具有广泛的应用,如可调振动吸收器,执行器,用于气流控制的磁控阀,车辆座椅振动控制中的隔离器,以及传感器等[8] 。混合磁流变弹性体(hmre)与磁流变悬浮液(mrs),凝胶(mrg)和弹性体(mre)一起属于磁性活性材料(mam)类。它们由不可磁化的相组成,mrs为液体,mre为固体,其中分散有可磁化相。后期通常由可磁化的微粒组成[9]。

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2. 研究的基本内容与方案

主要的实验步骤:制备出颗粒均匀分布的磁性橡胶材料和石墨烯/pdms基磁流变弹性体;采用流变仪测试所制备磁流变弹性体的粘弹性力学性能;分析石墨烯含量对pdms基磁流变弹性体粘弹性力学性能的影响;

采用控制变量法,制备关于石墨烯,磁性铁粉,pdms混合物的复合材料,通过改变石墨烯的组分来探究,不同含量的石墨烯浓度对于复合材料磁学性能的影响,石墨烯的质量分数从0%、0.1%、0.3%、0.5%、1%分为五个不同层次。这都是在控制磁性铁粉的质量分数,磁性铁粉颗粒的大小,固化剂的质量,有机溶剂的质量分数保持不变的情况下完成的,尽量保证制备的不同的对比组中石墨烯的含量是惟一的变量,这样才能得出正确有意义的实验结果。

制备出不同组分对照的组之后,通过电子显微镜观察其内部的结构,观察石墨烯的加入是否对原来的复合材料内部结构,磁性铁粉的链接分布产生影响。最后通过进行力学相关实验对比,在加磁场情况下观察力学性能是否增强。

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3. 研究计划与安排

第4-7周 制备具有不同石墨烯含量的磁性橡胶材料,表征其细观结构;

第8-11试验测试在不同频率下磁流变弹性体的粘弹性力学性能;

第12-13周 分析石墨烯含量对pdms基磁流变弹性体粘弹性力学性能的影响;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]余淼, 居本祥. 磁流变弹性体剪切式动态力学性能测试[j]. 功能材料, 2011, 42(11):1939-1942.

[2]方生, 龚兴龙, 张先舟, et al. 磁流变弹性体力学性能的测试与分析[j]. 中国科学技术大学学报, 2004, 34(4):456-463.

[3]许金楼, 王经逸, 熊晓刚,等. 磁流变弹性体的研究进展[j]. 合成橡胶工业, 2013, 36(4):319-324.

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