Frontiers in Materials

Introduction

Magnetorheologische (MR) Flüssigkeiten sind typische intelligente Materialien mit einzigartigen magnetischen rheologischen Eigenschaften, die durch eine reversible Änderung der Viskosität und Fließspannung unter einem Magnetfeld gekennzeichnet sind (Kim et al., 2013), das in vielen Bereichen eingesetzt wird, wie z. B. Abdichtung (Mitamura et al., 2008), gezielte Medikamentenabgabe (Kim und Kim, 2003; Oh und Park, 2011), Schmierung (Arruebo et al., 2007), Entfernung von Wasserverschmutzungen (Goldowsky, 1980), Dämpfer (Olabi und Grunwald, 2007; Ferroudj et al., 2013; Zong et al., 2013; Zhu et al., 2018), Bremsen (Mangal und Kumar, 2015) usw. Rabinow (1948) stellte 1948 die erste MR-Flüssigkeit her, die aus magnetischen Partikeln und einer Trägerflüssigkeit bestand. Xu et al. (2003) berichteten, dass MR-Flüssigkeiten aufgrund der magnetischen Partikel zwischen fest und flüssig wechseln können; insbesondere sind die Eisenpartikel magnetisiert und MR-Flüssigkeiten können in Gegenwart eines Magnetfeldes schnell von flüssig in fest umgewandelt werden, während sie wieder ihren flüssigen Zustand annehmen, wenn das Magnetfeld entfernt wird. Die sofortige Umwandlung von fest in flüssig kann genutzt werden, um die Steifigkeit und die Dämpfung von MR-Flüssigkeiten einzustellen. Seit Jahrzehnten widmen sich viele Forscher der Untersuchung von MR-Fluiden. Gegenwärtig werden für die Herstellung von MR-Flüssigkeiten hauptsächlich ferromagnetische Partikel aus Carbonyleisen (CI) mit einem Durchmesser von 0,1-10 μm verwendet, und der Volumenanteil der ferromagnetischen Partikel beträgt im Allgemeinen 20-40 %. Die Dichte eines ferromagnetischen Partikels ist jedoch viel größer als die der Trägerflüssigkeiten, was definitiv zu einer offensichtlichen Sedimentation führen, die rheologischen Eigenschaften von MR-Flüssigkeiten einschränken und die Einstellbarkeit und Stoßdämpfungsfähigkeit von MR-Geräten verringern würde. Daher haben viele Forscher verschiedene Methoden vorgeschlagen, um leistungsstarke MR-Flüssigkeiten mit besserer Sedimentationsstabilität herzustellen (Tian et al., 2016). Thomas (1966) gewann Kobaltelementpulver durch Erhitzen der Carbonylverbindungen und verwendete Kobaltpulver als magnetische Partikel zur Herstellung von MR-Flüssigkeiten. Kormann (Kormann et al., 1996) entwickelte MR-Flüssigkeiten, die aus magnetischen Nanometerpartikeln bestanden, die die Scherfestigkeit stark verbesserten und die Reaktionszeit verkürzten. Foister (1997) fügte den Trägerflüssigkeiten zwei Arten von Eisenpartikeln unterschiedlicher Größe hinzu und wies darauf hin, dass die Scherfließspannung von MR-Flüssigkeiten durch diese Methode erheblich verbessert wurde. Ulicny und Mance (2004) untersuchten die Antioxidationseigenschaften von MR-Flüssigkeiten und schlugen eine Methode zur Beschichtung mit einer Nickelschicht auf der Oberfläche der ferromagnetischen Partikel vor, um die langfristige Oxidationsbeständigkeit von MR-Flüssigkeiten zu verbessern. Cheng et al. (2009) verwendeten N-Glukose-Ethylendiamintriessigsäure, die eine Netzwerkbeschichtung von CI-Teilchen bilden kann, um die Sedimentationsrate über Wasserstoffbrückenbindungen in Wasser zu verringern. Du et al. (2010) wandten die Theorie des hydrophil-lipophilen Gleichgewichts an, um das Tensid auszuwählen, und entdeckten, dass Tenside die Sedimentationsstabilität von MR-Flüssigkeiten verbessern können, während sie die magnetischen Eigenschaften der Partikel oder die rheologischen Eigenschaften von MR-Flüssigkeiten bis zu einem gewissen Grad verringern. Kim und Choi (2011) setzten polymere Verbindungen als Trägerflüssigkeit ein und fanden heraus, dass das Dispergieren von CI-Partikeln in einer Mischung aus Polyisobutylen/Polybuten (PIB/PB) anstelle von Mineralöl die Stabilität und die rheologischen Eigenschaften von MR-Flüssigkeiten verbessern kann. Sedlacik et al. (2011) beschichteten die Oberfläche der CI-Teilchen mit Fluorbindungen, indem sie die CI-Teilchen einem Argon- und Octafluorcyclobutan-Plasma aussetzten, und kamen zu dem Schluss, dass die MR-Flüssigkeit auf der Basis plasmamodifizierter CI-Teilchen eine bessere Stabilität aufweist als die mit reinen CI-Teilchen. Dong et al. (2012) stellten eine neuartige MR-Flüssigkeit zur Verbesserung der MR-Eigenschaften her, indem sie amorphe Fe76Cr2Mo2Sn2P10B2C2Si4-Legierungspartikel in Siliziumöl dispergierten, und entdeckten, dass sich der MR-Effekt und die Sedimentationsstabilität von MR-Flüssigkeiten, die amorphe Partikel enthielten, bei niedrigeren Feldstärken deutlich verbessert haben. Kim und Choi (2011) bereiteten die polymere Lösung durch Lösen von PEO in destilliertem Wasser vor und erhielten eine MR-Flüssigkeit aus der Verteilung von Carbonyleisen in einer polymeren Lösung, doch die Fehlanpassung der magnetischen Partikel und der Trägerflüssigkeit musste noch überwunden werden, um einen erheblichen Durchbruch bei der Verbesserung der Sedimentationsstabilität von MR-Flüssigkeiten zu erzielen.

Aktuell ist es ein heißes Thema geworden, indem die Kompositpartikel zur Vorbereitung von MR-Flüssigkeiten angenommen wurden, um die Stabilität und die rheologischen Eigenschaften von MR-Flüssigkeiten zu verbessern. Cho et al. (2004) erhielten magnetische Partikel mit geringer Dichte durch Beschichtung von CI-Partikeln mit Polymethylmethacrylat (PMMA). Qiao et al. (2010) stellten die Polyethylenglykol (PEG)-beschichteten Fe3O4-Ferrofluide her, indem sie die PEG-beschichteten Fe3O4-Nanopartikel in einer oligomeren PEG-400-Trägerflüssigkeit suspendierten, und untersuchten ihr magnetorheologisches Fließverhalten. Jiang et al. (2010) beschichteten die Oberfläche von CI-Partikeln mit Poly(methylmethacrylat) (PMMA), um CI-PMMA-Kompositpartikel zu erhalten, und entdeckten, dass die hergestellte MR-Flüssigkeit auf Basis von CI-PMMA-Partikeln eine bessere Sedimentationsstabilität aufweist. Lopez-Lopez et al. (2012) bereiteten eine MR-Flüssigkeit auf der Grundlage von Eisenpartikeln vor, die zu 50 % mit Siliziumdioxid beschichtet waren, und kamen zu dem Schluss, dass 50 % des Volumens die Obergrenze der Partikelkonzentration in solchen MR-Flüssigkeiten darstellen. Liu et al. (2012) untersuchten die jüngsten Forschungen zur Synthese von polymeren Komposit-Magnetpartikeln als dispergierte Phase in MR-Flüssigkeiten und stellten fest, dass sowohl die Oberflächenmorphologie als auch das Massenverhältnis der Polymerschicht Einfluss auf den MR-Effekt und die Stabilität von MR-Flüssigkeiten haben. Sutrisno et al. (2013) stellten eine MR-Flüssigkeit mit hoher Viskosität auf der Basis von gepfropften Poly-Eisen-Partikeln her, die eine ausgezeichnete thermo-oxidative Stabilität sowie eine nahezu konstante Viskosität aufwies. Mrlik et al. (2013) beschichteten die Oberfläche der CI-Teilchen mit Cholesterylchlorformiat und stellten fest, dass die Sedimentationsrate von MR-Flüssigkeiten auf der Grundlage der hergestellten Verbundteilchen aufgrund der besseren Kompatibilität zwischen den Teilchen und dem Silikonöl stark abgenommen hat. Im Allgemeinen kann die Verwendung von Kompositpartikeln die Stabilität von MR-Flüssigkeiten erheblich verbessern; es gibt jedoch noch viele Mängel, die verbessert werden müssen, z. B. sind die Beschichtungsschichten nicht kompakt und stabil genug, was zu einer unbefriedigenden Verringerung der Partikeldichte führen würde, was einen unerwarteten Anstieg der Sedimentationsrate zur Folge hätte. Daher ist es dringend erforderlich, geeignete Verbundteilchen und Zubereitungsmethoden zu untersuchen und auszuwählen.

In dieser Arbeit wurden MWNTs zur Beschichtung von CI-Teilchen durch die Pfropftechnik verwendet, um die Dichte der CI-Teilchen zu verringern, und der Einfluss der Dosierung von Pfropfmittel und MWNTs wurde getestet. Außerdem wurden MR-Flüssigkeiten mit CI-Teilchen hergestellt, die mit MWNTs beschichtet waren, und die Wirkung der Beschichtung wurde anhand der Analyse der Oberflächentopographie, der Teilchendichte und der magnetischen Eigenschaften der magnetischen Verbundteilchen untersucht. Darüber hinaus wurden die Redispergierbarkeit und die Sedimentationsraten beobachtet, um die Wirkung der beschichteten CI-Teilchen bei der Verbesserung der Stabilität von MR-Flüssigkeiten zu bestätigen.

Zubereitung von MR-Flüssigkeiten

Materialien und Ausrüstung

Originale CI-Teilchen (Klopfdichte: 4,2 g/cm3, mittlere Größe: 1,9 μm), die mit MWNTs (Rohrdurchmesser: 8-15 nm) beschichtet sind, werden durch Pfropfung mit P-Aminobenzoesäure (PABA) als magnetische Teilchen verwendet. Methylsilikonöl (Dichte: 0,963 g/cm3, dynamische Viskosität: 0,482 Pa-s) wird als Trägerflüssigkeit in MR-Flüssigkeiten verwendet. Einige Zusatzstoffe werden als Dispersionsmittel, Schmiermittel und Anti-Sedimentationsmittel verwendet, darunter flüssiges Paraffin, Graphit und Bentonit. Destilliertes Wasser wird während des gesamten Experiments als Lösungsmittel verwendet. Der elektrische Mischer dient dazu, die Lösung gleichmäßig zu mischen, und der Ultraschallreiniger ist für die gleichmäßige Dispersion der Lösung verantwortlich, da die Ultraschalldispersion die Coulomb-Kraft und die van-der-Waals-Kraft zwischen kleinen Teilchen aufheben kann. Zusätzlich trägt der Vakuumofen zur Trocknung der erhaltenen gemischten Flüssigkeit bei einer angemessenen Temperatur von 70°C bei.

Zubereitung von CI-Partikeln, die mit MWNTs beschichtet sind

Die MWNTs sind eine Art von Allotropen des Kohlenstoffs, deren Röhrendurchmesser von Nanometern bis zu Jahrzehnten von Nanometern mit einer Fadenform und einer durchschnittlichen Länge von Mikron reichen. Außerdem sind MWNTs leichtgewichtige Materialien mit einer Dichte von etwa 2 g/cm3 bei Raumtemperatur, was der Hälfte der Klopfdichte von CI-Teilchen (4,2 g/cm3) entspricht. Daher würde sich die Dichte der CI-Teilchen stark verringern, wenn sie mit MWNTs auf der Oberfläche beschichtet werden, was mit einer leichten oder sogar vernachlässigbaren Abnahme des Magnetismus der beschichteten Teilchen einhergeht, die auf das Vorhandensein eines Eisenkatalysators in den MWNTs zurückzuführen ist. Folglich werden die MWNTs als Beschichtungsmaterialien zur Herstellung der magnetischen Verbundteilchen verwendet.

Es ist ein wesentlicher Prozess, eine MWNTs-Schicht auf der Oberfläche der CI-Teilchen zu bilden, um die magnetischen Verbundteilchen herzustellen. In dieser Studie wird die Oberflächenpfropfungstechnologie zur Bildung der MWNTs-Schicht verwendet, die als Pfropfreaktion zwischen den aktiven Gruppen auf der Oberfläche der Teilchen beschrieben werden kann. Um genau zu sein, werden die organischen Stoffe mit geeigneten Monomeren in der In-situ-Polymerisation ausgewählt, und die Polymermaterialien werden auf die Oberfläche der Partikel aufgetragen, d.h. die Oberflächenmodifikation. Für das Pfropfen wird ein Pfropfmittel namens para-Aminobenzoesäure (PABA) verwendet, das zwei Gruppen hat, Hydroxy (-OH) und Amidogen (-NH2). Die Hydroxygruppe (-OH) kann sich mit der Carbonylgruppe (-C=O) in der Oberfläche der CI-Teilchen verbinden und das Amidogen (-NH2) kann sich unter bestimmten Bedingungen mit der Carboxylgruppe (-COOH) in den MWNTs verbinden, was dazu beiträgt, dass die MWNTs dicht auf der Oberfläche der CI-Teilchen beschichtet sind, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Der Pfropfungsprozess erfolgt nicht spontan, daher werden Ultraschall und mechanisches Rühren gleichzeitig eingesetzt, um den Pfropfungsprozess einzuleiten und die Beschichtungswirkung zu verbessern. Die Ultraschallbehandlung kann PABA dazu veranlassen, Brücken zwischen den CI-Partikeln und den MWNTs zu bilden, um deren Kontaktflächen zu verändern und funktionelle Interaktionsgruppen zwischen nicht-kovalenten Bindungen zu bilden. Natürlich gibt es zwei Hinweise, die hervorgehoben werden müssen. Erstens sollte die Ultraschallbehandlung und das mechanische Rühren in einem angemessenen Bereich gesteuert werden, der üblicherweise zwischen 300 und 400 W liegt. Wenn die Ultraschallintensität zu niedrig eingestellt wurde, ist es schwierig, den Pfropfungsprozess zu bewirken, da sonst die gebildete MWNT-Schicht zerstört wird. Zweitens ist die Kompaktheit der Beschichtung eng mit der Temperatur verbunden, wenn die Temperatur höher als 70°C ist, neigen die MWNTs dazu, sich miteinander zu verflechten, und wenn die Temperatur niedriger als 50°C ist, ist es schwierig für das Auftreten der Pfropfungsreaktion, so dass die Temperatur in der Regel zwischen 50 und 70°C eingestellt ist.

Der Herstellungsprozess von CI-Teilchen, die mit MWNTs beschichtet sind, ist wie unten beschrieben, wie in Abbildung 2 gezeigt. Im ersten Schritt werden die PABA in destilliertem Wasser dispergiert und im Wasserbad für 1-2 Stunden bei einer Temperatur von 60°C erhitzt. Schritt zwei: Die CI-Teilchen werden in der gemischten Lösung unter mildem Ultraschall 15-20 Minuten lang dispergiert, und dann werden die MWNTs unter dem milden Ultraschall des Ultraschallreinigers mit einer Frequenz von 60 Hz unter mechanischem Rühren mit dem elektrischen Mischer für 3-4 Stunden in die obige Lösung gegeben. Schritt drei: Die erhaltene gemischte Flüssigkeit wird im Allgemeinen in einem Vakuumofen bei einer Temperatur von 70 °C und einem negativen Vakuumgrad getrocknet. Je höher der Vakuumgrad ist, desto besser ist der Trocknungseffekt, und er hängt hauptsächlich vom verfügbaren Vakuumgrad ab, der durch den verwendeten Vakuumofen bereitgestellt wird.

Präparationsprozess von MR-Flüssigkeiten

Bei der Präparation von MR-Flüssigkeiten gibt es zwei Hauptprozesse, einer betrifft die Präparation von mit MWNTs beschichteten CI-Partikeln, der andere das Mischen von magnetischen Partikeln, Trägerflüssigkeit und Additiven. Der detaillierte Prozess ist in Abbildung 3 dargestellt. Zunächst werden die mit MWNTs beschichteten CI-Teilchen in die Trägerflüssigkeit gegeben und dann mit dem elektrischen Mischer ~2-3 Stunden lang gerührt, damit sich die Flüssigkeit gleichmäßig verteilt. Danach werden alle 2 Stunden verschiedene Arten von Additiven, einschließlich Dispergiermittel, Schmiermittel und Anti-Sedimentationsmittel, quantitativ nacheinander zugegeben, wobei die Flüssigkeit gleichzeitig kontinuierlich gerührt wird.

Testergebnisse und Analyse

Nach dem Zubereitungsprozess von mit MWNTs beschichteten CI-Partikeln wurden sechs Arten von beschichteten CI-Partikeln mit unterschiedlichen Dosierungen von Pfropfmitteln und MWNTs hergestellt. Anschließend wurden eine Reihe von Leistungstests durchgeführt, die die Oberflächentopographie, die Partikeldichte und die magnetischen Eigenschaften umfassten. Dabei wurde Schritt für Schritt das beste Verhältnis der Komponenten bestimmt, was zur Herstellung von MR-Flüssigkeiten mit besserer Leistung beitrug. Schließlich wurden Sedimentationstests mit den MR-Flüssigkeiten durchgeführt, um den Beschichtungseffekt zu bestätigen.

Oberflächentopographie

Es ist allgemein anerkannt, dass die Qualität des Beschichtungseffekts intuitiv durch die Oberflächentopographie der Partikel widergespiegelt werden kann. Daher werden die vorbereiteten, mit MWNTs beschichteten CI-Teilchen, die ursprünglichen CI-Teilchen und die MWNTs mit dem Rasterelektronenmikroskop (SEM) mit einer Auflösung von 1 nm betrachtet, was die charakteristische Oberflächentopographie der Teilchen vollständig darstellen kann.

Die elektronenmikroskopischen Aufnahmen der ursprünglichen CI-Teilchen und der MWNTs sind in Abbildung 4 dargestellt. In der Zwischenzeit werden CI-Teilchen, die mit MWNTs mit verschiedenen Dosierungen von Pfropfmitteln beschichtet sind (A1-A3), mit allmählich erhöhten Dosierungen von Pfropfmitteln beobachtet, wie in Abbildung 5 gezeigt. Sie zeigen, dass die Oberflächen der ursprünglichen CI-Teilchen kugelförmig und glatt sind, während sie nach der Beschichtung mit einigen Substanzen ein wenig rau werden. Der Beschichtungseffekt nimmt mit zunehmender Pfropfmitteldosierung innerhalb eines bestimmten Bereichs zu, während er sich stabilisiert oder sogar abnimmt, wenn der Grenzwert überschritten wird. Die Beschichtungsschicht von Probe A1 ist bei weitem nicht kompakt, da nur wenige Filamente (MWNTs) auf der Oberfläche der Partikel beschichtet sind. Bei der Probe A2 ist es immer noch schwierig, die Oberfläche der CI-Teilchen vollständig zu beschichten. Bei Probe A3 sind die Filamente relativ deutlich ineinander verschlungen und auf der kugelförmigen Oberfläche ausgebreitet, und fast alle Oberflächen der CI-Teilchen sind mit MWNTs beschichtet, was zeigt, dass die Dosierung des Pfropfmittels ausreichend ist. Insgesamt hat das Pfropfmittel einen großen Einfluss auf die Oberflächentopographie und die Dosierung sollte sehr sorgfältig erfolgen, da sie eine wichtige Rolle für die Qualität der Beschichtung spielt. Und nach dem Vergleich wird die Probe A3 als diejenige mit dem besten Anteil an Pfropfmittel in diesem Schritt angesehen.

Außerdem werden die elektronenmikroskopischen Aufnahmen von CI-Partikeln beobachtet, die mit schrittweise erhöhten Dosierungen von MWNTs in der Reihenfolge A3, B1, B2 und B3 beschichtet sind, wie in Abbildung 6 dargestellt. Es zeigt, dass der Beschichtungseffekt zunächst verbessert wird und dann allmählich mit der anhaltenden Zunahme der MWNTs abnimmt, und der Beschichtungseffekt erreicht das Optimum in der Probe B1, die mit einer kompakten und homogenen, mit Filamenten gefüllten Beschichtungsschicht versehen ist. Aus dem Beschichtungsmechanismus lässt sich ableiten, dass überschüssige MWNTs eher dazu neigen, sich während des Selbstassemblierungsprozesses auf der Oberfläche der CI-Teilchen zu sammeln als zu beschichten, was zu einer Aggregation der MWNTs bis hin zum Herausziehen der Filamente auf der Oberfläche der CI-Teilchen und zur Zerstörung der Beschichtungsschicht führt. Daher sollte die Dosierung der MWNTs in einem vernünftigen Bereich gesteuert werden, um einen relativ zufriedenstellenden Beschichtungseffekt zu erzielen. Außerdem wird die Probe B1 in dieser Arbeit als das magnetische Teilchen der MR-Flüssigkeiten mit der besten Beschichtungswirkung betrachtet.

Partikeldichte

Die Partikeldichte ist einer der direkten Faktoren, die die Sedimentationsstabilität von MR-Flüssigkeiten beeinflussen, da der Dichteunterschied zwischen den CI-Partikeln und der Trägerflüssigkeit die Hauptursache für das Sedimentationsproblem von MR-Flüssigkeiten ist. Je geringer der Dichteunterschied zwischen CI-Partikeln und der Trägerflüssigkeit ist, desto besser ist die Stabilität und desto geringer ist die Sedimentationsrate von MR-Flüssigkeiten.

Die Dichten der ursprünglichen CI-Teilchen und der Probe B1 sind in Tabelle 1 dargestellt, die durch Berechnung mit Hilfe des Volumens und der Masse, die mit dem Zylinder bzw. der elektronischen Waage ermittelt wurden, gewonnen wurden. Es zeigt sich, dass die Klopfdichte der Probe B1 im Vergleich zu den ursprünglichen CI-Teilchen stark reduziert ist, und zwar von 4,2 auf 1,55 g/cm3, was einer Verringerung von 63,1 % entspricht. Es ist offensichtlich, dass die Testergebnisse mit den Erwartungen übereinstimmen, da MWNTs ein leichtes Material sind, das die Dichte der Kompositpartikel reduzieren kann, was die Sedimentationsstabilität von MR-Flüssigkeiten verbessert.

Magnetische Eigenschaft

Die magnetische Eigenschaft ist ein wichtiger Index der magnetischen Partikel, der die magnetisch-rheologische Eigenschaft von MR-Flüssigkeiten direkt beeinflussen kann. Außerdem sollten die magnetischen Partikel mit besserer Leistung eine hohe Sättigungsmagnetisierungsstärke, weniger Restmagnetismus und gleichzeitig eine niedrige Koerzitivkraft aufweisen.

Die magnetische Eigenschaft der Partikel wird mit einem Vibrationsprobenmagnetometer mit einem maximalen Magnetfeld von 1.600 kA/m gemessen, und die magnetischen Hysteresekurven der beiden Arten von magnetischen Partikeln (mit MWNTs beschichtete CI-Partikel (Probe B1) und ursprüngliche CI-Partikel) sind in Abbildung 7 dargestellt. Es kann festgestellt werden, dass die Sättigungsmagnetisierungsintensität der Probe B1 etwas niedriger ist als die der ursprünglichen CI-Teilchen bei unterschiedlichen Magnetfeldern. Dies stimmt mit der Tatsache überein, dass die Magnetisierungsintensität der MWNTs viel geringer ist als die der ursprünglichen CI-Teilchen, was dazu führt, dass die Magnetisierungsintensität der Verbundteilchen geringer ist. Ein weiterer Vergleich dieser beiden Arten von magnetischen Partikeln ist in Tabelle 2 dargestellt. Es kann gezeigt werden, dass die Sättigungsmagnetisierungsintensität der ursprünglichen CI-Teilchen 217 emu/g beträgt, während sie bei Probe B1 bei 170 emu/g liegt, was einer Verringerung von 21,7% entspricht. In Bezug auf den Restmagnetismus und die Koerzitivkraft ist die Probe B1 ein wenig höher als die ursprünglichen CI-Teilchen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die magnetischen Eigenschaften der mit MWNTs beschichteten CI-Teilchen im Vergleich zu den ursprünglichen CI-Teilchen zwar leicht reduziert sind, aber immer noch besser sind als die anderer magnetischer Teilchen wie Hämatit, Magnetit und Maghemit. Daher sind die mit MWNTs beschichteten CI-Teilchen sehr gut für die Herstellung von MR-Flüssigkeiten geeignet.

Stabilitätstests von MR-Flüssigkeiten

Es ist weithin bekannt, dass die Stabilität von MR-Flüssigkeiten hauptsächlich die Redispergierbarkeit und die Sedimentationsstabilität umfasst. Die Redispergierbarkeit bezieht sich auf die Fähigkeit einer agglomerierten MR-Flüssigkeit, mit hervorragender Fließfähigkeit und Homogenität in ihren Ausgangszustand zurückzukehren, was eng mit der praktischen Anwendung von MR-Flüssigkeiten zusammenhängt. Es gibt jedoch noch kein standardisiertes Bewertungssystem, um dies zu beurteilen. Daher wurde die Methode der natürlichen Beobachtung angewandt, um die Redispergierbarkeit von MR-Flüssigkeiten zu testen. Nachdem MR-Flüssigkeiten eine bestimmte Zeit lang stehen gelassen wurden, werden die Agglomeration und Redispergierbarkeit von MR-Flüssigkeiten durch leichtes Schwingen oder Schütteln der MR-Flüssigkeiten beobachtet. Die Beobachtungsergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 3 zeigt, dass die Redispergierbarkeit der Probe B1 am besten ist.

Die Sedimentationsstabilität ist eine der wichtigsten Eigenschaften von MR-Flüssigkeiten, die durch ihre Sedimentationsrate bewertet wird, die durch die folgende Gleichung berechnet wird (Guo et al., 2017). Das Sedimentationsverhältnis ist definiert als:

Die Sedimentationsraten von MR-Flüssigkeitsproben mit schrittweiser Erhöhung der Dosierungen des Pfropfmittels, die als A1-A3 bezeichnet werden, werden beobachtet, und die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt. Es zeigt sich, dass die Sedimentationsrate mit zunehmender Dosierung des Pfropfmittels abnimmt, d.h. die Sedimentationsrate der Probe A1 beträgt 4,74%, während sie bei der Probe A2 2,80% beträgt und bei der Probe A3 nach 60 Tagen sogar auf 1,84% sinkt. Es ist offensichtlich, dass die Testergebnisse mit dem Oberflächentopographie-Test übereinstimmen, wenn die Dosierung des Pfropfmittels innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt. Je besser sich die Beschichtung auswirkt, desto besser ist die Sedimentationsstabilität, da die Dichte der Verbundteilchen deutlich abnimmt.

Zusätzlich werden die Sedimentationsraten von MR-Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Dosierungen von MWNTs, die als B0-B3 bezeichnet werden, beobachtet, wie in Abbildung 8 gezeigt. Die Probe B0 wurde auf der Grundlage der ursprünglichen CI-Partikel hergestellt, während die Proben B1, B2 und B3 auf der Grundlage der mit MWNTs beschichteten CI-Partikel mit steigender MWNT-Dosierung hergestellt wurden. Die Sedimentationsrate der Probe B0 beträgt 22,47% nach 60 Tagen, was den höchsten Wert im Vergleich zu den anderen Proben darstellt. Dies zeigt, dass die Verwendung von CI-Partikeln, die mit MWNTs beschichtet sind, die Sedimentationsrate von MR-Flüssigkeiten effektiv reduzieren kann. Andererseits steigt die Sedimentationsrate von MR-Flüssigkeiten mit der Erhöhung der MWNT-Dosierung, d.h. die Sedimentationsrate von Probe B1 beträgt 7,18%, während sie bei Probe B3 9,79% beträgt, was zeigt, dass ein Überschuss an MWNTs ungünstig für die Verbesserung der Sedimentationsstabilität von MR-Flüssigkeiten ist, da die Interaktion zwischen den Partikeln durch die Einführung von Beschichtungsmaterialien stark beeinträchtigt wird. Daher sollte die Dosierung von MWNTs in einem vernünftigen Bereich kontrolliert werden.

Schlussfolgerung

In dieser Arbeit wurden MR-Flüssigkeiten mit CI-Teilchen entwickelt, die mit MWNTs beschichtet sind, und der Beschichtungseffekt wurde durch die Oberflächentopographie, die Teilchendichte und die magnetischen Eigenschaften der zusammengesetzten magnetischen Teilchen sowie durch Stabilitätstests der hergestellten MR-Flüssigkeiten untersucht. Gleichzeitig wurde der Einfluss der Dosierung des Pfropfmittels und der MWNTs auf den Beschichtungseffekt analysiert, um die Wirkung der mit MWNTs beschichteten CI-Teilchen auf die Verbesserung der Sedimentationsstabilität zu überprüfen. Die Schlussfolgerungen lauten wie folgt:

(1) Die Tests der Kompositpartikel, bestehend aus Oberflächentopographie, Partikeldichte und magnetischer Eigenschaft, zeigen, dass die Kompositpartikel mit einer geeigneten Dosierung von Pfropfmittel und MWNTs den Beschichtungseffekt stark begünstigen und zur Umsetzung von Kompositpartikeln mit besserer Leistung beitragen. Darüber hinaus nahm die Teilchendichte stark ab, während die magnetischen Eigenschaften nur geringfügig abnahmen, was zeigt, dass das Beschichtungsmaterial die Sedimentationsstabilität verbessert, während es für den Magnetismus ungünstig ist. Daher ist es wichtig, die Vor- und Nachteile, die durch die Einführung des Beschichtungsmaterials verursacht werden, bei der Herstellung der Kompositpartikel abzuwägen.

(2) Die Reaktionsfähigkeit und die Sedimentationstests der hergestellten MR-Flüssigkeiten zeigen, dass die Stabilität durch die Einführung von MWNTs aufgrund der Verringerung des spezifischen Gewichts stark verbessert wird. Die Reaktionsfähigkeit und die Sedimentationsraten der MR-Flüssigkeiten stehen in engem Zusammenhang mit dem Beschichtungseffekt der Kompositpartikel, der durch die Dosierung des Pfropfmittels und der MWNTs beeinflusst wird.

Autorenbeiträge

Y-QG schlug die Idee zu dieser Arbeit vor. Unter der Leitung von Y-QG, C-LS und Z-DX bereiteten sie MR-Flüssigkeiten vor und beendeten den Test der MR-Flüssigkeiten. Y-QG, C-LS und Z-DX haben den Artikel gemeinsam verfasst. XJ half beim Korrekturlesen der Gesamtdarstellung und der experimentellen Daten.

Finanzierung

Diese Studie wird finanziell unterstützt von der National Science Foundation for Distinguished Young Scholars of China (51625803), Yangtze River Scholars Distinguished Professor of Ministry of Education in China, Distinguished Professor of Jiangsu Province (Key Funding). Ten Thousand Talent Program (Innovation Leading Talents) und das Program for Jiangsu Province 333 Talents. Wir danken für diese Unterstützung.

Erklärung zu Interessenkonflikten

Die Autoren erklären, dass die Forschung in Abwesenheit jeglicher kommerzieller oder finanzieller Beziehungen durchgeführt wurde, die als potenzieller Interessenkonflikt ausgelegt werden könnten.