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石墨烯对PDMS基磁流变弹性体粘弹性影响的实验研究文献综述

 2020-04-15 20:17:34  

1.目的及意义

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]。

粒径为 4μm 的羰基铁颗粒与PDMS 基体混合,制得到磁流变弹性体,在制备时不施加外磁场,得到各向同性的磁流变弹性体,通过施加外场使磁性颗粒沿磁场方向排列,得到各向异性的磁流变弹性体[10].

准确控制软磁性颗粒在混合基体中的分散状态可以提高磁流变弹性体的导电性[11]。而磁流变弹性体的磁学性能则包括磁导率、磁流变效应等。其中磁流变效应是磁流变弹性体最重要的性能指标,直接决定了磁流变弹性体的使用范围和使用效果[12] 。

虽然目前国内外关于磁性橡胶的制备与性能 研究已经有大量的报道,并已经有一些产品问世, 但是,前期磁性橡胶的研究主要集中在磁性粒子的尺寸及其分布、磁性粒子的种类及用量[13]。橡胶基 体的种类对磁性橡胶的加工性能、硫化特性、物理 性能、磁性能、导热性能、电性能及电磁屏蔽性能、吸波性能及磁致伸缩性能等方面的影响[14]。

磁性橡胶无论作为什么材料,其耐老化性、低 温脆性等性能是其使用寿命和应用领域的重要影 响因素,但是,目前关于磁性橡胶这方面的研究报道较少[15]。

本文通过石墨烯对PDMS基磁流变弹性体粘弹性力学性能影响的实验研究,进一步搞清楚,添加石墨烯的复合材料对于之前的只添加铁粉的粘弹性复合材料的性能和力学表征有哪些影响,以对于进一步的实验的研究和具体的使用方面有哪些帮助。

之前的论文只是探讨了具有粘弹性力学性能的复合材料的性能方面和关于石墨烯的电学,光学和热学方面的性能,以及石墨烯的制备、层间结构微观方面的问题,石墨烯本身没有磁学性能,但是通过加入石墨烯可能会使得原来复合材料中的磁性介质的链接结构发生变化,从而的到意向不到的磁学效果,进而对材料的力学性能的产生影响,包括剪切和拉压方面。

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