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电流变液微波、光学性质及其结构演化特征

高秀敏  
【摘要】: 电流变液(Electrorheological Fluid简称ER流体)是一种智能材料,通常由高介电常数的颗粒分布在低介电常数的绝缘基液中构成。未加外电场时,电流变液呈现牛顿流体力学特性;当加外电场时,颗粒间相互作用导致电流变液呈现非牛顿流体力学特性,由液态转变为准固态,且这一过程是瞬间的、可调控的、可逆的。本文研究了电流变液的微波透射可调控行为、旋光效应、结构演化特征、及场控电流变液相转变问题。主要取得了以下研究成果: 1.建立电流变液在外电场作用下的微波透射物理模型。依据外电场作用下电流变液结构由各向同性转变为各向异性的实验事实,从麦克斯韦方程组出发,导出了微波透射率的表达式。理论模拟表明:当电流变液介电常数小于某一值时,透射率随外加电场增加而增加;当电流变液介电常数大于此值时,透射率随外加电场增加而减小。 2.实验观测了淀粉硅油电流变液的微波透射行为。实验结果表明:电流变液微波透射率的变化可以由外加电场调控。当电流变液浓度较低时,微波透射率随电场增加而增加;反之则减小。实验所得电场对微波透射率调控的规律与理论模型基本吻合。 3.研究了电流变液在外加电场作用下旋光效应。考虑电场作用下电流变液中不同振动方向的线偏振光衰减不同,根据光波在介质中的传播理论,推导出光通过电流变液的旋光角ψ与θ(入射线偏振光振动方向与外加电场方向的夹角)及其它参数的关系表达式。并模拟出ψ随θ变化的关系图。 4.实验观测了泊肃叶流动状态下电流变液结构的演化过程,并与模拟结果进行比较。实验观测的结果与理论模拟基本相符,且观察到极板壁上的颗粒静止不动,证明了“极板壁上颗粒静止不动”这一假设的正确性。 5.研究了电流变液的场控相转变,即场控颗粒流问题。利用平板电导模型,推导出电流变液发生相转变时,各物理量之间的关系表达式。模拟出了发生相转变时各物理量之间的变化规律,并进行了实验观测。实验结果与理论相符较好。


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