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场致复杂流体的行为及性能

刘曙  
【摘要】: 复杂流体(Complex fluids)通常是由几种不同成份的物质混合在一起而形成的复合体系,该体系有时会显示其组分的物理特性,但大多数情况下,由于不同成分间的相互作用使复杂流体呈现出多种特别的结构形式(如自组装、分形和某些长程有序等),显示出奇特的光学或流变学等特性。在外场(电场、磁场、温度场、应力场等)作用下,复杂流体的行为相当复杂,呈现出一些新的响应行为和现象。电流变液是一种复杂流体,通常是由高介电常数的固体颗粒分散在低介电常数的绝缘油中形成的悬浮液。在外加电场作用下,其粘度增大,可由液态转变为类固态,且该过程是瞬时的、可逆的、可调控的。微胶囊电泳电子墨水也是一种复杂流体,是由很多透明微胶囊悬浮在某种液体中组成。这些微胶囊内包含着基液、某种颜色的染料(或颜粒)和另一种衬托色的纳米级颗粒,染料(或颜粒)使微胶囊呈现底色。衬托颗粒由于双电层作用而带某种电荷,在静电力作用下,衬托颗粒就会在基液中朝某一方向电泳,使原本看起来呈底色的微胶囊的某一面呈现出衬托色。具有不同染料(或颜粒)的微胶囊按一定的顺序进行组合,就可以显示不同的图象。当去掉电场,其形成的图象可以保持几周或几年。其对比度可以根据外加电压的大小和加电时间来调节。微胶囊电泳电子墨水装入透明柔软的塑料纸中就形成了电子纸。 本论文的研究内容如下: 1.本论文基于压电陶瓷在外压力作用下产生的电场能驱动电流变液的事实,针对已有的两种压电陶瓷与电流变液组合的自适应阻尼器进行改进,制作了直压式自适应阻尼器,并测试了其性能。 2.为了研究电流变液的机理和动态行为,本论文对已有的平板电流变液粘度仪进行了改造,制作了电流变液应力采集系统,并校对了电流变液应力采集系统。 3.电子纸的驱动方式有很多种,本论文创新性地用压电陶瓷产生的电场来驱动微胶囊电泳电子墨水和电子纸,并设计了压电型电写笔。 通过以上研究,得出了如下结果: 1.从理论上模拟了压电陶瓷产生的静电场加在电流变液上和不加在电流变液上两种状态下,阻尼器的振动行为。结果表明,前者相对于后者,阻尼器共振峰被压抑了60%以上,从而证实了压电陶瓷在外压力作用下产生的静电场可以驱动电流变液; 2.制作了直压式压电陶瓷与电流变液组合的自适应阻尼器;测试了自适应阻尼器的性能,证实了压电陶瓷在压力作用下产生的静电场激励了电流变 摘要 液;发现自适应阻尼器的共振峰最大降低了30%,并发生了频移。 3.通过更换平板电流变液粘度仪的电源,提高了平板电流变液粘度仪输 出信号的信噪比。制作了由信号放大电路、数模转化卡、采集程序组成的电流 变液应力实时采集系统。对实时采集系统进行定标后,发现系统的应力分辨力 为99Pa,量程为24kPa,静态误差小于2%,重复性好,稳定性好。 4.制作了用于电子纸显示器的压电型电写笔,该电写笔产生的静电场达 到了IOOV,完全可以驱动电子纸进行显示。其特点符合人们自然书写习惯, 而且具有环保意义。


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