电流变液及其在润滑油领域的应用

总体上讲 ， 电流变液含有三 种组分 ， 即分散相 、连 续 相 和少量添加剂 。电流变液有均相和 非均相之分 ， 非均 相 电流变液又可根据分 散相的种类分 为无机、有机和高分 子 材 料等类型 无机型 电流变液 中 ， 氧化物 和非氧化物材 料
应。高 ｇ３ ຫໍສະໝຸດ Baidu￣ａ电流变液应该具备如下特征 ： ， ①剪切曲服应
变液存在许 多不足之处 ， 工作温度范 围较窄 ， 如 电流密度 较高 ， 以及水的存在导致的电流变器件腐蚀等 。１ ８ ９ ５年 ，
ｒｅ ｌｇｃ ｌ 简 称 Ｇ Ｒ） 应 的纳 米颗 粒 电流 变液 。 ｈ ｏｏ ｉ ， ａ Ｅ 效 】 之 所 以称 之 为 巨” ， 因 为此 类材 料 的电 流变 效应 远 是 远突 破 了 已有理 论 所预 测到 的 ” 上限 ” ， 剪切 强度 超 其
果已经远远 超出了早期 电黏效应所涉及 的范畴 ， 并开创了
一
个全新 的研究领域 ， 就是电流变 学。因此 ， 这 电流变效
应也称作 Ｗ ｉｓｏ ｎ ｌｗ效应 ， 以纪念这位 电流变学领域的先驱。
Ｗ ｉ ｌ 的 贡献 首先 在于 发现 了 电流变 液 中典型 的 ｎｏ ｓｗ 纤维 化结 构 ， 并将 电 流变 效应 归结 为 这种 结构 的形 成。 图１ 为电流变液在 电场 作用前后的微观结 构变化示意图。 电场作用前 ， 浮颗粒随机 分布 ， 悬 有电场作用后 ， 悬浮颗 粒 沿电场方 向排列 形成纤维化结 构。这种微观结构 由无序 到 有序的转变 决定了电流变 效应的响应时 间。除此之外 ， Ｗ ｉｓ ｗ还设计了许多 基于 电流变液的离合器、刹车装置 ｎｌ ｏ
范围 内具有 较强的电流变效 应 ④响应时 间短 。电流变液
响应时间应该在 １ 。 数量级 ， ０ Ｓ 在特殊场合下 ， 要求更短 ⑤ 良好 的稳 定性。电流变液应 具备化学和物理 稳定性 ， 不 能有固体微 粒沉 降和材料分解等问题。 早期报 道的电流变液 中均含有少量 的水分 含水电流
过 ｉ ０ｋ ａ ０ Ｐ 。同时 ， 这种电流变 材料还具有温 度稳定性好
（ ０ １ ０。 、响应 时间快 （ １ ￣ ２ Ｃ） 小于 １ ） Ｏｍｓ 、电流密度 低 、不 沉降以及化学稳定性好等 诸多优点 。Ｇ Ｒ材料中的 Ｅ 纳 米颗 粒 为表 面包裹 尿素 薄层 的 Ｂ ＴＯ Ｃ０ ）纳米 粒子 ａ ｉ （ （ ０ ７ ｍ ）， ３ ￣ ０ｎ 连续相为硅油。 目前对电流 变液的研究仍集 中在两方面 ， 一是 努力阐 明电流变效应 的机理 二是持续 寻求高性能 电流变液 ， 不
ＳＣＬＳ Ｗ ＡＲＬ臣圈 ＰＩ ＵＯ Ｎ ＴＩＳ ＥＡＩ ＥＮ ＥＭ ＥＡ Ｓ
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润 鹅 油
２ １ 年第２ 卷 ０１ ６
叉具有不同的电流变特征。
图 ２是根据组成结构不 同而对电流变液的分类 Ⅲ 。
图 ２ 电流变液组成及分类示 意图
２１ 连续相 ．
２ 分散相 － ２ ２ ． 固体微粒—— 均相电流变材料 ．１ ２ Ｅ 根据电流变体 ｌ能的不同 ， 兰 Ｅ 可将非均相电流变材料分为 无机氧化物、无机非氧化物及有初 影 材料等门 种类型。 金属氧化物或氧化 物陶瓷是研究 较早的电流变 材料。 这 类材料的电流变效应 较强 ， 电流 变体 系中一般含有 水 但
下 具有较高黏度 ， 而且容易 出现液 一 液分层问题。
２ 电流 变液 的组成 电流变液 一般由固体微粒分 散到绝缘油 中组成。固体
微粒材料包括无机非金属材料、有机和高分子半导体材料
等。 连续相通常为硅油、 植物油 、 矿物油、 石蜡和 氯代烃等 。 不 同材 料及组成的 电流 变液会表现 出完全不同的 电流 变效
张东恒等 ． 电流变液及其在润滑油领域的应用
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从而导致表观 黏度增加 。悬 浮液的电黏效应 更加显著 ， 对 于稀悬浮液 体系 ， 表观黏度 随固体颗粒所 占体积 分数和颗 粒表 面电荷的增加 而增大。 与现代意 义上的电流变效应 相比 ， 电黏效应 引起的黏 度增 加十分有 限 ， 一般 在 ２倍以内 ， 而电流变效 应引起的 流变 Ｉ 的改变可 以达到 １ 生 能 ０ 倍以上。 Ｗｉｓ ｗ系 统 研究 了 固体半 导体 颗 粒与 低黏 度绝 缘 ｎｔ ｏ 油组 成的悬 浮液体系 的电粘现 象 ， 并于 １．９ ９ 年全面 报道 ４ 了他 的研究结 果 。他 发现 ， 电场 作用下 ， 在 悬浮 液中形 成较 高强度的纤维 结构 ， 导致体系黏 度呈数量级 增加 ， 在 ３ｋ ／ ｖ ｍｍ 的电 场强度 下剪切 强度可 达数十 千帕。这一 结
以及 阀门等 。
图 １ 电场作用前后悬 浮液结构变化示意 图
之后 ， 别是 １ ８ 特 ９ ０年 以后 ， 关电流 变液 的学术研 有 究和工业应 用研究报道 迅速 增加 ， 并普遍 认为 ， 电流变技 术将给许多工业领域 ， 特别是汽车工业带来革命性的变化。 ２０ ０ ３年 ， 港 科 技 大 学 开 发 成 功 一 种 全 新 的 电 香
断满足实 际应用需求 。
Ｂｏ ｋ ｌ 制备 了一种无 水电流 变液 。从工 业应用角 度看 ， ｃ Ｊ 无水电流变 液具有更广泛 的发展前景 ， 但它也 同样 存在严
重 的缺点 ， 就是 固体微粒的沉 降问题。由于无水 电流变液
中固体微粒沉 降而导致电流变液 失效 ， 这在很大程度 上限 制了它的实 际使用 ， 所以之后又 出现了许多关于不 含固体 微 粒的均相 电流 变液的开发报道 。均相电流变液是一 种新 型 的、前景广 阔的电流变液 ， 的主 要缺点是零电场 强度 它
流 变 材 料 — — 一 种 具 有 巨 电 流 变 （ ｉｎ ｌｃｒ — ｇａ ｔｅｅ ｔｏ
力高 ， ２ｋ ／ 在 Ｖ ｍｍ 的电场强度下 曲服应力应大于 ５ｋ ａ： Ｐ
②通过 电流变液 的电流密度低 ， 最好小于 ２ Ａ ｃ ０ ｐ ／ ｍ ③
工作温度范围宽。好 的电流变液应该在 一０ １ ０。温度 ３到 ２ Ｃ