ЭЛЕКТРОРЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ СУСПЕНЗИЙ ПОЛИДИМЕТИЛСИЛОКСАНА, НАПОЛНЕННОГО ГАЛЛУАЗИТОМ
Аннотация
Изучено реологическое поведение при 20 °С электрореологических жидкостей на основе силиконового масла, наполненных нанотрубками галлуазита, с различным содержанием воды. Кривые течения и вязкости, модули накопления и потерь измеряли с помощью ротационного вискозиметра с геометрией «цилиндр - цилиндр», частотные зависимости электрической проводимости и тангенса диэлектрических потерь получены методом диэлектрической спектроскопии. При приложении электрического поля к образцам изменяется их реологическое поведение - значения пределов текучести возрастают. При этом кривые вязкости демонстрируют упругое поведение при малых напряжениях сдвига и проявляют ньютоновское течение при преодолении предела текучести. Частотные зависимости модулей накопления и потерь подтверждают полученные на кривых течения результаты. Исследовано влияние напряженности электрического поля на величину электрореологического эффекта. Показано влияние воды на электрореологические и электрофизические свойства. Электрореологическая жидкость с наполнителем, содержащим небольшое количество воды, проявляет лучший отклик на приложение электрического поля, о чем свидетельствуют более высокие значения пределов текучести по сравнению с образцом, содержащим осушенный наполнитель. Малое содержание воды не оказывает сильного влияния на электропроводность исследуемых систем, однако её присутствие существенно изменяет вид тангенса диэлектрических потерь – вклад электропроводности в релаксационные процессы оказывается значительным, а также изменяется характер релаксационных переходов, что может быть связано с различной поляризуемостью влажного и осушенного наполнителя. Работа демонстрирует перспективность применения наноразмерных наполнителей с высоким характеристическим отношением в качестве дисперсной фазы для электрореологических жидкостей.
Для цитирования:
Кузнецов Н.М., Белоусов С.И., Бессонова Н.П., Чвалун С.Н. Электрореологическое поведение суспензий полидиметилсилоксана наполненного галлуазитом. Изв. вузов. Химияихим. технология. 2018. Т. 61. Вып. 6. С. 41-47
Литература
Kirsanov E.A., Matveenko V.N. Non-Newtonian flow of disperse, polymer and liquid crystal systems. Structural approach. M.: Tekhnosfera. 2016. 384 p. (in Russian).
Kwon S.H., Piao S.H., Choi H.J. Electric Field-Responsive Mesoporous Suspensions: A Review. Nanomaterials. 2015. V. 5. P. 2249-2267. DOI: 10.3390/nano5042249.
Winslow W.M. US Patent N 2417 850. 1947.
Yanovskii Yu.G., Zgaevskii V.E., Karnet Yu.N., Obraztsov I.F. Electrorheological fluids. Theoretical and experimental ap-proaches to their description. Fizich. Mesomekhanika. 2003. V. 6. N 6. P. 61-69 (in Russian).
Metayer C, Sterligov V.A., Meunier A., Bossis G., Persello J., Svechnikov S.V. Field induced structures and phase separation in electrorheological and magnetorheological colloidal suspensions. J. Phys.: Condens. Matter. 2004. V. 16. P. 3975–3986. DOI: 10.1088/0953-8984/16/38/015.
Akhavan J. Electro-rheological polymers. Proc. IMechE Part G: J. Aerospace Eng. 2007. V. 221. P. 577-587.
DOI: 10.1243/09544100JAERO142.
Zhang X., Xu L., Wang Q. Electro-rheological properties of montmorillonite particles coated with titania in methyl silicone oil. J. China Univ. Mining & Technol. 2008. V. 18. P. 0427–0431. DOI: 10.1016/S1006-1266(08)60088-7.
Korobko E.V., Dostanko A.P., Korobko A.O, Roiyzman V.P., Novikova Z.A., Zhuravskiy N.A., Globa A.I. Electrostruc-turing dispersions of nanosize fillers for fabrication of adaptive composites. Nanosistemy, Nanomaterialy, Nanotekhnologii. 2011. V. 9. N 3. P. 569-581 (in Russian).
Zhang W.L., Choi H.J. Fabrication of semiconducting polyaniline-wrapped halloysite nanotube composite and its electrorheolo-gy. Colloid Polym. Sci. 2012. V. 290. P. 1743–1748. DOI: 10.1007/s00396-012-2719-6.
Wu J., Liu F., Guo J., Cui P., Xu G., Cheng Y. Preparation and electrorheological characteristics of uniform core/shell structural particles with different polar molecules shells. Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. 2012. V. 410. P. 136–143. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2012.06.033.
Davydova O.I., Kraev A.S., Redozubov A.A., Trusova T.A., Agafonov A.V. Effect of Polydimethylsiloxane Viscosity on the Electrorheological Activity of Dispersions Based on It. Rus. J. Phys. Chem. A. 2016. V. 90. N 6. P. 1269–1273. DOI: 10.1134/S0036024416060054.
Wen W., Huang X., Yang S., Lu K., Sheng P. The giant electrorheological effect in suspensions of nano-particles. Nature Ma-terials. 2003. V. 2. P. 727–730. DOI: 10.1038/nmat993.
Huang X., Wen W., Yang S., Sheng P. Mechanisms of the giant electrorheological effect. Solid State Communications. 2006. V. 139. P. 581–588. DOI: 10.1016/j.ssc.2006.04.042.
Wen W., Huang X., Sheng P. Electrorheological fluids: structures and mechanisms. Soft Matter. 2008. V. 4. P. 200–210.
DOI: 10.1039/b710948m.
Sheng P., Wen W. Electrorheological Fluids: Mechanisms, Dynamics, and Microfluidics Applications. Annu. Rev. Fluid Mech. 2012. V. 44. P. 143–174. DOI: 10.1146/annurev-fluid-120710-101024.
Belijar G., Valdez-Nava Z., Diaham S., Laudebat L., Jones T.B., Lebey T. Dynamics of particle chain formation in a liquid polymer under ac electric field: modeling and experiments. J. Phys. D: Appl. Phys. 2017. V. 50. P. 025303-025311. DOI: 10.1088/1361-6463/50/2/025303.
Shen C., Wen W., Yang S., Sheng P. Wetting-induced electrorheological effect. J. Appl. Phys. 2006. V. 99. P. 106104. DOI: 10.1063/1.2199749.
Espin M.J., Delgado A.V., Plocharski J.Z. Effect of additives and measurement procedure on the electrorheology of hema-tite/silicone oil suspensions. Rheol Acta. 2006. V. 45. P. 865–876. DOI: 10.1007/s00397-005-0069-8.
Yin J., Zhao X. Titanate nano-whisker electrorheological fluid with high suspended stability and ER activity. Nanotechnology. 2006. V. 17. P. 192–196. DOI: 10.1088/0957-4484/17/1/031.
Lee S., Yoon C.-M., Hong J.-Y., Jang J. Enhanced electrorheological performance of a graphene oxide-wrapped silica rod with a high aspect ratio. J. Mater. Chem. C. 2014. V. 2. P. 6010 - 6016. DOI: 10.1039/c4tc00635f.
Rozhina E.V., Danilushkina A.A., Naumenko E.A., Lvov Yu.M., Fakhrullin R.F. Halloysite nanotubes is a promising bio-compatible material for «smart» composites with encapsulation of biologically active substances. Geny i Kletki. 2014. V. IX. N 3. P. 25-28 (in Russian).
Joussein E., Petit S., Churchman J., Theng B., Righi D., Delvaux B. Halloysite clay minerals - a review. Clay Minerals. 2005. V. 40. P. 383 – 426. DOI: 10.1180/0009855054040180.
