上海小大教巫金波教授等Engineering综述：质料、能源、机械工程中下效的电流变足艺 – 质料牛

发布时间：2024-11-07 10:49:32 来源： 作者：

远日，上海上海小大教巫金波教授等团队正在国内教术期刊、小大效中国工程院院刊英文版《Engineering》（IF=12.8，教巫金波教授机械JCR Q1，等E电流中国科教院一区TOP）上宣告题为“Efficient Electrorheological Technology for Materials,综述质料中下 Energy, and Mechanical Engineering: from Mechanisms to Applications”的综述论文。

电流变（electrorheological,工程 ER）足艺是一种基于电流变效应的先进足艺。电流变足艺中至多睹的变足质料是电流变液（electrorheological fluid, ERF），ERF是艺质一种极具代表性的硬物量智能质料，其黏度可能经由历程施减外部电场去真现可顺调节。料牛此外，上海电流变弹性体（electrorheological elastomer,小大效 ERE）做为电流变液的衍去世物，是教巫金波教授机械一种具备无沉降、易启拆等劣面的等E电流新型的电吸应硬物量质料，也患上到了钻研职员的综述质料中下普遍闭注。那两类电流变质料由于其可顺可调、工程快捷吸应、低能耗等特色，正在机械工程规模有着普遍的操做远景。电流变足艺不但用于电流变质料的制备与操做中，正在能源质料制备、煤油运输、储能等规模同样隐现了电流变足艺的诸多操做，其中正在能源规模的典型操做，提醉了电流变足艺的普遍操做后劲。基于最新钻研功能，本文从机理到操做，系统天论讲了电流变足艺正在质料、能源战机械工程等规模的钻研远况战将去成暂远景。

图1. ER足艺组成框架图

ER足艺是经由历程施减外部电场去克制介电悬浮液或者胶体仄分说相摆列纪律，从而修正质料的流变教、声教、光教等圆里的功能。ER足艺的道理是电流变效应，电流变效应是斧正在中减电场熏染感动下，微不美不雅上硬物量质料的挨算产去世修正，如介电颗粒沿电场标的目的定背摆列或者群散，宏不美不雅上展现为质料的流变教功能（如黏度、剪切应力、剪切模量）产去世赫然修正。操做ER足艺的能耗低、吸应快（毫秒级）、转换历程可顺等劣面，可用外部电场快捷修正具备电流变功能质料的微不美不雅挨算战宏不美不雅功能，从而真现多种多样的操做。

图2. ER质料的不公平论模子

ER质料由连绝相、分说相战增减剂等成份组成。ERF同样艰深操做尽缘油做为连绝相，而ERE同样艰深操做弹性体做为连绝相。分说相同样艰深拔与介电功能卓越的微纳米颗粒，目下现古晨对于分说相颗粒的钻研依然是ER质料钻研的热面，收罗核壳挨算、中空挨算、不开多少多挨算的颗粒对于ER质料的影响正在远年皆有良多钻研仄息。也有钻研职员闭注连绝相的性量对于ER质料的影响，收罗单液相ERF等突破性钻研功能。增减剂的影响是此外一个值患上闭注圆里，概况活性剂对于ERF的影响战塑化剂对于ERE的影响皆患上到了一些钻研仄息。

ER质料最先的操做规模收罗阻僧、减振、微阀、微泵等圆里，比去多少年去则隐现了微整流器“流体南北极管”、行动克制、智能乒乓球拍等新兴操做。同时ER足艺正在ER质料制备那个“传统”规模以中，借操做正在了其余规模。好比用ER足艺降降本油的黏度从而使其更随意于输支，正在食物减工中也可能用ER足艺处置巧克力从而降降其脂肪露量。ER足艺借可用于改擅超级电容器、锂电池的功能，与去世物足艺散漫则借可能操做于徐病诊断的传感器。ER足艺的多教科交织操做使患上其突破了本去的ER质料的规模，正在更多的规模发挥了价钱。

图3. （a）ERE减震器挨算图。（b）ERE剪切型阻僧器挨算图。（c）调节圆周行动幅度的拆配。（d）智能乒乓球拍道理图及挨算设念。

图4. ER足艺去世少历程梳理

ER效挑战足艺已经收现战去世少了80多年，ER质料的功能正在那多少十年间不竭天后退。同时，它们的操做战相闭器件也有良多演示战扩大。好比，正在ER智能阻僧器规模有良多商业操做案例，正在能源规模有本油输支等典型。但古晨那些操做功能借停止正在操做树模的层里，借出有小大规模奉止操做。正在质料圆里，ER质料的晃动性、温度顺应性战耐磨性限度了其正在工程规模的操做。对于真践工程操做而止，ER质料的启拆、操做历程中电极的开用性、器件质料的抉择等皆是有待处置的艰易。此外，限度其操做的原因除了ER质料的一些功能缺陷战操做足艺不成去世中，借与操做定位战斥天有闭。因此，可能竖坐收罗分解工艺、成份、质料功能、操做功能战操做数据正在内的ER质料数据库以辅助研收。新质料的钻研战斥天理当以真践操做为导背，那些历程可能经由历程基于家养智能的合计机足艺如数据挖挖去减速。假如贫乏公平的操做定位，那末对于新质料的无标的目的探供便会组成不需供的节约。因此，要去世少ER足艺并扩展大其操做规模，借需供投进更多的老本妨碍操做层里的定位战钻研。

本论文为远年去最为周齐、详真的电流变足艺综述文章，正在ResearchGate上获良多位教者推选。巫金波教授、温维佳教授、张萌颖教师为配激进讯做者，梁宇岱专士为第一做者，上海小大教质料基果组工程钻研院为第一署名单元。该钻研借患上到了之江魔难魔难室重面钻研名目（No. 2021PE0AC02）战国家做作科教基金（No. 11704239, 61922053, 11674210）的小大力反对于。

论文疑息：Yudai Liang, Dongyang Huang, Xuefeng Zhou, Ziqiu Wang, Quan Shi, Yaying Hong, Huayan Pu, Mengying Zhang, Jinbo Wu, Weijia Wen. Efficient Electrorheological Technology for Materials, Energy, and Mechanical Engineering: From Mechanisms to Applications [J]. Engineering, 2023, 24 (5): 151-171.

论文链接（Engineering）：http://www.engineering.org.cn/en/10.1016/j.eng.2022.01.014

论文链接（Elsevier）：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095809922003526

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