ВЛИЯНИЕ ВЯЗКОСТИ ДИСПЕРСИОННОЙ СРЕДЫ НА ЭЛЕКТРОРЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ СУСПЕНЗИЙ ГАЛЛУАЗИТА В ПОЛИДИМЕТИЛСИЛОКСАНЕ
Аннотация
Исследовано электрореологическое поведение суспензий галлуазита в полидиметилсилоксане с кинематической вязкостью 50, 100 и 400 сСт, концентрация наполнителя составляла 4 и 8 масс.%. Исследуемые суспензии являются электрореологическими жидкостями: под действием электрического поля все образцы проявляют вязкоупругие свойства, и значения предела текучести существенно возрастают. Изменение реологического поведения суспензий связано с образованием протяженных колончатых структур из частиц наполнителя вдоль силовых линий электрического поля. В работе изучена зависимость интенсивности электрореологического эффекта от напряженности электрического поля, концентрации наполнителя и вязкости дисперсионной среды. Показано, что значения предела текучести увеличиваются с возрастанием напряженности электрического поля и концентрации наполнителя. Выявлено, что в рамках точности эксперимента значения предела текучести не зависят от вязкости дисперсионной среды при фиксированной концентрации и напряженности электрического поля. Также была оценена седиментационная устойчивость суспензий. Скорость осаждения частиц галлуазита ниже в суспензиях на основе более вязких масел, что в первом приближении согласуется с формулой Стокса. Величина равновесного седиментационного отношения – высоты коллоидной фазы к общей высоте столба жидкости, зависит от концентрации наполнителя и оказывается выше для суспензий с большим содержанием частиц. Выявлен не монотонный характер зависимости относительной эффективности суспензий от вязкости дисперсионной среды для 8 масс.% суспензий. Показано, что комбинация трех параметров: вязкости дисперсионной среды, концентрации наполнителя и напряженности электрического поля позволяет получать электрореологические жидкости с заданными, прогнозируемыми свойствами.
Литература
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.
Dong Y.Z., Seo Y., Choi H.J. Recent development of electro-responsive smart electrorheological fluids. Soft Matter. 2019. V. 15. N 17. P. 3473-3486. DOI: 10.1039/c9sm00210c.
Chou P.C., Lin F.P., Hsu H.L., Chang C.J., Lu C.H., Chen J.K. Electrorheological sensor encapsulating micro-sphere media for plague diagnosis with rapid visualization. ACS Sens. 2020. V. 5. N 3. P. 665-673. DOI: 10.1021/acssensors.9b01529.
Rozynek Z., Khobaib K., Mikkelsen A. Opening and closing of particle shells on droplets via electric fields and its applications. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2019. V. 11. N 25. P. 22840-22850. DOI: 10.1021/acsami.9b05194.
Mrlik M., Ilcikova M., Plachy T., Moucka R., Pavlinek V., Mosnacek J. Tunable electrorheological performance of sili-cone oil suspensions based on controllably reduced graphene oxide by surface initiated atom transfer radical polymerization of poly(glycidyl methacrylate). J. Ind. Eng. Chem. 2018. V. 57. P. 104-122. DOI: 10.1016/j.jiec.2017.08.013.
Plachy T., Sedlacik M., Pavlinek V., Stejskal J., Graca M.P., Costa L.C. Temperature-dependent electrorheological effect and its description with respect to dielectric spectra. J. Intell. Mater. Syst. Struct. 2016. V. 27. N 7. P. 880-886. DOI: 10.1177/1045389X15600801.
Liu Y.D., Choi H.J. Electrorheological fluids: smart soft matter and characteristics. Soft Matter. 2012. V. 8. N 48. P. 11961-11978. DOI: 10.1039/c2sm26179k.
Sedlacik M., Mrlik M., Kozakova Z., Pavlinek V., Kuritka I. Synthesis and electrorheology of rod-like titanium oxide particles prepared via microwave-assisted molten-salt method. Colloid Polym. Sci. 2013. V. 291. N 5. P. 1105-1111. DOI: 10.1007/s00396-012-2834-4.
Yin J.B., Wang X.X., Chang R.T., Zhao X.P. Polyaniline decorated graphene sheet suspension with enhanced electrorheology. Soft Matter. 2012. V. 8. N 2. P. 294-297. DOI: 10.1039/c1sm06728a.
Kuznetsov N.M., Shevchenko V.G., Stolyarova D.Y., Ozerin S.A., Belousov S.I., Chvalun S.N. Dielectric proper-ties of modified montmorillonites suspensions in polydime-thylsiloxane. J. Appl. Polym. Sci. 2018. V. 135. N 32. DOI: 10.1002/app.46614.
Kuznetsov N.M., Shevchenko V.G., Belousov S.I., Chvalun S.N. Dielectric properties of halloysite nanotube suspensions in polydimethylsiloxane. Russ. J. Phys. Chem. 2020. V. 94. N 2. P. 376-381. DOI: 10.1134/S003602442002020X.
Jang D.S., Zhang W.L., Choi H.J. Polypyrrole-wrapped halloysite nanocomposite and its rheological response under electric fields. J. Mater. Sci. 2014. V. 49. N 20. P. 7309-7316. DOI: 10.1007/s10853-014-8443-5.
Liu M.X., Jia Z.X., Jia D.M., Zhou C.R. Recent advance in research on halloysite nanotubes-polymer nanocomposite. Prog. Polym. Sci. 2014. V. 39. N 8. P. 1498-1525. DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2014.04.004.
Wang J.Y., Zhao X.Y., Liu Y.P., Qian L.X., Yao L. Xing X.Q., Mo G. Cai Q. Chen Z.J., Wu Z.H. Smallangle X-ray scattering study on the orientation of suspended sodium titanate nanofiber induced by applied electric field. Radiat. Detect. Technol. Methods. 2019. V. 3. N 3. DOI: 10.1007/s41605-019-0118-y.
Kuznetsov N.M., Bakirov A.V., Belousov S.I., Chvalun S.N. Orientation of layered aluminosilicates particles with a high aspect ratio in paraffin under an electric field. Dokl. Phys. 2019. V. 64. N 6. P. 249-252. DOI: 10.1134/S1028335819060077.
Agafonov A.V., Davydova O.I., Krayev A.S., Ivanova O.S., Evdokimova O.L., Gerasimova T.V., Baranchikov A.E., Kozik V.V., Ivanov V.K. Unexpected effects of activator molecules' polarity on the electroreological activity of tita-nium dioxide nanopowders. J. Phys. Chem. B. 2017. V. 121. N 27. P. 6732-6738. DOI: 10.1021/acs.jpcb.7b04131.
Agafonov A.V., Kraev A.S., Kusova T.V., Evdokimova O.L., Ivanova O.S., Baranchikov A.E., Shekunova T.O., Kozyukhin S.A. Surfactant-switched positive/negative electrorheological effect in tungsten oxide suspensions. Molecules. 2019. V. 24. N 18. DOI: 10.3390/molecules24183348.
Gong X.Q., Wu J.B., Huang X.X., Wen W.J., Sheng P. Influence of liquid phase on nanoparticle-based giant electrorheological fluid. Nanotechnology. 2008. V. 19. N 16. DOI: 10.1088/0957-4484/19/16/165602.
Ma N., Dong X.F. Effect of carrier liquid on electrorheological performance and stability of oxalate group-modified TiO2 suspensions. J. Wuhan Univ. Technol. Mater. Sci. Ed. 2017. V. 32. N 4. P. 854-861. DOI: 10.1007/s11595-017-1679-6.
Wei J., Zhao L., Peng S., Shi J., Liu Z.Y., Wen W.J. Wettability of urea-doped TiO2 nanoparticles and their high electrorheological effects. J. Sol-Gel Sci. Technol. 2008. V. 47. N 3. P. 311- 315. DOI: 10.1007/s10971-008-1787-z.
Davydova O.I., Kraev A.S., Redozubov A.A., Trusova T.A., Agafonov A.V. Effect of polydimethylsiloxane viscosi-ty on the electrorheological activity of dispersions based on it. Russ. J. Phys. Chem. A. 2016. V. 90. N 6. P. 1269-1273. DOI: 10.1134/S0036024416060054.
Yoon C.M., Jang Y., Noh J., Kim J., Lee K., Jang J. Enhanced electrorheological performance of mixed silica nano-material geometry. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2017. V. 9. N 41. P. 36358-36367. DOI: 10.1021/acsami.7b08298.
Fossum J.O. Flow of clays. Eur. Phys. J. Spec. Top. 2012. V. 204. N 1. P. 41-56. DOI: 10.1140/epjst/e2012-01551-1.
Stolyarova D.Y., Kuznetsov N.M., Belousov S.I., Chvalun S.N. Electrorheological behavior of low filled suspensions of highly anisometric montmorillonite particles. J. Appl. Polym. Sci. 2019. V. 136. N 25. DOI: 10.1002/app.47678.
Joussein E., Petit S., Churchman J., Theng B., Righi D., Delvaux B. Halloysite clay minerals - A review. Clay Miner. 2005. V. 40. N 4. P. 383-426. DOI: 10.1180/0009855054040180.
Kuznetsov N.M., Belousov S.I., Bessonova N.P., Chvalun S.N. Electrorheological behavior of suspensions based on polydimethylsiloxane filled with halloysite. ChemChemTech. [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2018. V. 61. N 6. P. 41-47. DOI: 10.6060/tcct.20186106.5682.
Kuznetsov N.M., Stolyarova D.Yu., Belousov S.I., Kamyshinsky R.A., Orekhov A.S., Vasiliev A.L., Chvalun S.N. Halloysite nanotubes: Prospects in electrorheology. Express Polym. Lett. 2018. V. 12. N 11. P. 958–965. DOI: 10.3144/expresspolymlett.2018.82.
