Introduktion

Magnetorheologisk (MR) vätska är ett typiskt smart material med unika magnetiska reologiska egenskaper som kännetecknas av en reversibel förändring av viskositet och flytspänning under magnetfält (Kim et al., 2013), som har tillämpats i stor utsträckning inom många områden, t.ex. tätning (Mitamura et al., 2008), riktad läkemedelsleverans (Kim och Kim, 2003; Oh och Park, 2011), smörjning (Arruebo et al., 2007), avlägsnande av vattenföroreningar (Goldowsky, 1980), dämpare (Olabi och Grunwald, 2007; Ferroudj et al., 2013; Zong et al., 2013; Zhu et al., 2018), bromsar (Mangal och Kumar, 2015) etc. Rabinow (1948) framställde den ursprungliga MR-vätskan som består av magnetiska partiklar och bärvätska 1948. Xu et al. (2003) rapporterade att MR-vätskor kan omvandlas mellan fast och flytande form på grund av förekomsten av de magnetiska partiklarna; specifikt är järnpartiklarna magnetiserade och MR-vätskor kan snabbt ändras från flytande till fast form i närvaro av ett magnetfält, samtidigt som de återfår sitt flytande tillstånd när magnetfältet avlägsnas. Den omedelbara omvandlingen från fast till flytande form kan användas för att justera styvheten och dämpningen hos MR-vätskor. Under årtionden har många forskare ägnat sig åt att studera MR-vätskor. För närvarande är de ferromagnetiska partiklar som används för att framställa MR-vätskor huvudsakligen partiklar av karbonyljärn (CI) med en diameter på i allmänhet 0,1-10 μm, och volymandelen ferromagnetiska partiklar är i allmänhet 20-40 %. Densiteten hos en ferromagnetisk partikel är dock mycket större än densiteten hos bärvätskorna, vilket definitivt skulle leda till uppenbar sedimentering, begränsa MR-vätskornas reologiska egenskaper och minska justerbarheten och stötdämpningskapaciteten hos MR-apparaterna. Därför har många forskare föreslagit olika metoder för att framställa högpresterande MR-vätskor med bättre sedimentationsstabilitet (Tian et al., 2016). Thomas (1966) fick fram koboltelementpulver genom att värma karbonylföreningar och tog koboltpulver som magnetiska partiklar för att bereda MR-vätskor. Kormann (Kormann et al., 1996) utvecklade MR-vätskor som består av magnetiska nanometerpartiklar som kraftigt förbättrade skjuvningsgränsen och förkortade responstiden. Foister (1997) tillsatte två typer av järnpartiklar av olika storlek i bärarvätskorna, vilket tyder på att skjuvningsgränsen för MR-vätskor hade förbättrats avsevärt genom denna metod. Ulicny och Mance (2004) studerade MR-vätskors antioxidationsegenskaper och föreslog en metod för beläggning med ett lager nickel på de ferromagnetiska partiklarnas yta för att förbättra MR-vätskors långsiktiga oxidationsbeständighet. Cheng et al. (2009) använde N-glukos etylendiamintriättiksyra, som kan bilda en nätverksbeläggning av CI-partiklar för att minska sedimentationshastigheten via vätebindningar i vatten. Du et al. (2010) använde teorin om balansen mellan hydrofila och lipofila ämnen för att välja ytaktiva ämnen och upptäckte att ytaktiva ämnen kan förbättra sedimentationsstabiliteten hos MR-vätskor, samtidigt som partiklarnas magnetiska egenskaper eller de reologiska egenskaperna hos MR-vätskor i viss utsträckning minskar. Kim och Choi (2011) använde polymerföreningar som bärarvätska och fann att dispergering av CI-partiklar i en blandning av polyisobutylen/polybuten (PIB/PB) i stället för mineralolja kunde förbättra stabiliteten och de reologiska egenskaperna hos MR-vätskor. Sedlacik et al. (2011) belade fluorbindningar på CI-partiklarnas yta genom att utsätta CI-partiklarna för argon- och octafluorocyclobutanplasma och drog slutsatsen att MR-vätska baserad på plasmamodifierade CI-partiklar uppvisar bättre stabilitet än den med rena CI-partiklar. Dong et al. (2012) introducerade en ny MR-vätska för att förbättra MR-egenskaperna genom att dispergera Fe76Cr2Mo2Sn2P10B2C2Si4 amorfa legeringspartiklar i kiselolja och upptäckte att MR-effekten och sedimenteringsstabilitetsegenskaperna hos MR-vätskor som innehöll amorfa partiklar har förbättrats avsevärt vid lägre fältintensiteter. Kim och Choi (2011) framställde den polymera lösningen genom att lösa PEO i destillerat vatten och skaffade sig en MR-vätska från fördelningen av karbonyljärn i en polymer lösning, men missmatchningen av magnetiska partiklar och bärarvätska återstod fortfarande att övervinna för att göra betydande genombrott i förbättringen av MR-vätskors sedimenteringsstabilitet.

För närvarande har det blivit ett hett ämne genom att anta kompositpartiklar för att framställa MR-vätskor i syfte att förbättra stabiliteten och de reologiska egenskaperna hos MR-vätskor. Cho et al. (2004) erhöll magnetiska partiklar med låg densitet genom att belägga CI-partiklar med polymetylmetakrylat (PMMA). Qiao et al. (2010) framställde polyetenglykol (PEG)-belagda Fe3O4-ferrofluider genom att suspendera de PEG-belagda Fe3O4-nanopartiklarna i en oligomerisk PEG-400-bärarvätska och undersökte deras magnetorheologiska stabila flödesbeteende. Jiang et al. (2010) använde sig av belagd poly(metylmetakrylat) (PMMA) för att belägga CI-partiklarnas yta för att få kompositpartiklar av CI-PMMA och upptäckte att den framställda MR-vätskan baserad på CI-PMMA-partiklar uppvisade bättre sedimentationsstabilitet. Lopez-Lopez et al. (2012) framställde MR-vätska baserad på 50 volymprocent järnpartiklar belagda med kiseldioxid och drog slutsatsen att 50 volymprocent är den övre gränsen för partikelkoncentrationen i sådana MR-vätskor. Liu et al. (2012) studerade den senaste forskningen om syntesen av polymera sammansatta magnetiska partiklar som dispergerad fas i MR-vätskor och fann att både ytmorfologin och massförhållandet hos det polymera skiktet har inflytande på MR-effekten och stabiliteten hos MR-vätskor. Sutrisno et al. (2013) framställde en MR-vätska med hög viskositet baserad på ympade polyjärnpartiklar, som uppvisar utmärkt termisk-oxidativ stabilitet samt nästan konstant viskositet. Mrlik et al. (2013) antog kolesterylklorformiat för att belägga CI-partiklarnas yta och upptäckte att sedimentationshastigheten hos MR-vätskor baserade på de framställda kompositpartiklarna har minskat kraftigt på grund av bättre kompatibilitet mellan partiklarna och kiselolja. I allmänhet kan användningen av kompositpartiklar förbättra stabiliteten hos MR-vätskor avsevärt, men det finns fortfarande många brister som måste förbättras, t.ex. att beläggningsskikten inte är tillräckligt komprimerade och stabila, vilket skulle leda till en otillfredsställande minskning av partikeltätheten, vilket skulle resultera i en oväntad ökning av sedimenteringshastigheten. Därför är det angeläget att undersöka och välja rimliga kompositpartiklar samt beredningsmetoder.

I denna artikel användes MWNT:er som beläggning på CI-partiklar genom ympningsteknik för att minska densiteten hos CI-partiklar, och inflytandet av doserna av ympningsmedlet och MWNT:erna testades. Dessutom framställdes MR-vätskor med CI-partiklar belagda med MWNTs och beläggningseffekten studerades genom analys av yttopografi, partikeldensitet och magnetiska egenskaper hos sammansatta magnetiska partiklar. Dessutom observerades redispersibilitetsegenskaperna och sedimentationshastigheten för att bekräfta effekten av de belagda CI-partiklarna när det gäller att förbättra stabiliteten hos MR-vätskor.

Förberedelse av MR-vätskor

Material och utrustning

Originella CI-partiklar (tapptäthet: 4,2 g/cm3, medelstorlek: 1,9 μm) belagda med MWNTs (rördiametern: 8-15 nm) antas som magnetiska partiklar genom en ympningsprocess med P-aminobensoesyra (PABA). Metylsilikonolja (densitet: 0,963 g/cm3, dynamisk viskositet: 0,482 Pa-s) används som bärvätska i MR-vätskor. Vissa tillsatser används som dispergeringsmedel, smörjmedel och anti-sedimentationsmedel, bland annat flytande paraffin, grafit och bentonit. Under tiden används destillerat vatten som lösningsmedel i hela experimentet. När det gäller den viktigaste utrustningen som används i detta dokument används den elektriska blandaren för att få lösningen blandad på ett jämnt sätt, och ultraljudsrengöraren ansvarar för att lösningen sprids jämnt, eftersom ultraljudsspridning kan förstöra Coulombkraften och van der Waals-kraften mellan små partiklar. Dessutom bidrar vakuumugnen till torkningen av den erhållna blandade vätskan med lämplig temperatur på 70 °C.

Förberedelse av CI-partiklar belagda med MWNT

MWNT är ett slags allotroper av kol vars rördiametrar är från nanometer till decennier av nanometer med trådform och mikrometerlängd i genomsnitt. Dessutom är MWNT lätta material med en densitet på cirka 2 g/cm3 vid rumstemperatur, vilket är hälften av tapptätheten hos CI-partiklar (4,2 g/cm3). Därför skulle densiteten hos CI-partiklar minskas kraftigt när de beläggs med MWNT på ytan, samtidigt som magnetismen hos de belagda partiklarna minskar något eller till och med försumbart på grund av närvaron av järnkatalysatorn i MWNT. Följaktligen används MWNT som beläggningsmaterial för att framställa de sammansatta magnetiska partiklarna.

Det är en viktig process att bilda ett MWNT-skikt på ytan av CI-partiklar för att framställa de sammansatta magnetiska partiklarna. I den här studien används ytgraftningsteknik för att bilda MWNT-skiktet, vilket kan beskrivas som en ympreaktion mellan de aktiva grupperna på partiklarnas yta. För att vara specifik väljs organiska ämnen med lämplig monomer i in-situ-polymerisationen, och polymermaterialen beläggs på partiklarnas yta, dvs. ytmodifiering. I ympningsprocessen används ett ympmedel vid namn paraaminobensoesyra (PABA) som har två grupper, hydroxy (-OH) och amidogen (-NH2). Hydroxyn (-OH) kan kombinera med karbonyl (-C=O) som finns på CI-partiklarnas yta och amidogenet (-NH2) kan kombinera med karboxyl (-COOH) i MWNT:erna under vissa förhållanden, vilket bidrar till att resultaten visar att MWNT:erna är tätt belagda på CI-partiklarnas yta, vilket visas i figur 1.

FIGUR 1
www.frontiersin.org

Figur 1. Schematisk bild av ympningsprocessen.

Ympningsprocessen är inte spontan, så ultraljud och mekanisk omrörning används samtidigt för att inducera ympningsprocessen och förbättra beläggningseffekten. Ultraljudsbehandling kan inducera PABA att bygga broar mellan CI-partiklar och MWNTs för att modifiera deras kontaktytor och bilda interaktionsfunktionella grupper mellan icke-kovalenta bindningar. Det finns naturligtvis två anmärkningar som måste betonas. För det första, ultraljudet och den mekaniska omrörningen bör ultraljudsintensiteten kontrolleras inom ett rimligt intervall, vilket vanligtvis är inställt mellan 300 och 400 W. Om ultraljudsintensiteten ställdes in för lågt är det svårt att orsaka ympningsprocessen, annars förstörs det bildade MWNTs-skiktet. För det andra är beläggningens kompakthet nära relaterad till temperaturen, när temperaturen är högre än 70 °C är MWNT:erna benägna att flätas samman med varandra, och när temperaturen är lägre än 50 °C är det svårt att få till stånd en ympreaktion, så temperaturen är vanligen inställd på mellan 50 och 70 °C.

Förberedelseprocessen för CI-partiklar som är belagda med MWNT:er är som beskrivet nedan, vilket visas i figur 2. Steg ett: PABA dispergeras i destillerat vatten via uppvärmning i vattenbad i 1-2 timmar med en temperatur på 60 °C. Steg två: CI-partiklarna löses upp i den blandade lösningen under mild ultraljudsdispersion i cirka 15-20 minuter, och sedan tillsätts MWNT:erna i den ovan nämnda lösningen under mild ultraljudsvåg från ultraljudsrengöringsmaskinen med frekvensen 60 Hz och mekanisk omrörning med hjälp av den elektriska blandaren i ~3-4 timmar. Steg tre: Den blandade vätskan som erhållits torkas i allmänhet i vakuumugn med en temperatur på 70 °C och en negativ vakuumgrad, varefter det torkade pulvret mals och siktas till partiklar med hjälp av en 100-maskig sil. Ju högre vakuumgraden är, desto bättre blir effekten av torkningen, och det beror främst på den tillgängliga vakuumgrad som tillhandahålls av den använda vakuumugnen.

FIGUR 2
www.frontiersin.org

Figur 2. Beredningsprocess för CI-partiklar belagda med MWNTs.

Beredningsprocess för MR-vätskor

Det finns två huvudprocesser vid beredning av MR-vätskor, den ena handlar om beredning av CI-partiklar belagda med MWNTs, den andra handlar om blandning av magnetiska partiklar, bärvätska och tillsatser. Den detaljerade processen visas i figur 3. Först och främst tillsätts de CI-partiklar som är belagda med MWNTs i bärarvätskan, och sedan rörs de om med den elektriska mixern i ~2-3 timmar för att få vätskan att bli jämnt dispergerad. Därefter tillsätts varannan timme olika typer av tillsatser, inklusive dispergeringsmedel, smörjmedel och anti-sedimentationsmedel, kvantitativt i sekvens, samtidigt som vätskan hålls kontinuerligt omrörd.

FIGUR 3
www.frontiersin.org

Figur 3. Beredningsprocess för MR-vätskor.

Testresultat och analys

Enligt beredningsprocessen för CI-partiklar som är belagda med MWNTs, fanns det sex typer av belagda CI-partiklar med olika doser av ympmedel och MWNTs som bereddes. Sedan utfördes en serie prestandatester som omfattade yttopografi, partikeldensitet och magnetiska egenskaper med variabelt styrande tillvägagångssätt steg för steg för att bestämma den bästa komponentandelen, vilket bidrog till framställningen av MR-vätskor med bättre prestanda. Slutligen utfördes sedimentationstester på MR-vätskorna för att bekräfta beläggningseffekten.

Oppartopografi

Det är allmänt erkänt att kvaliteten på beläggningseffekten intuitivt kan avspeglas av partiklarnas yttopografi. Därför observeras de förberedda CI-partiklarna belagda med MWNTs, de ursprungliga CI-partiklarna och MWNTs med hjälp av svepelektronmikroskopet (SEM) med en upplösning på 1 nm, vilket helt och hållet kan presentera partiklarnas karakteristiska yttopografi.

Elektronmikrograferna av de ursprungliga CI-partiklarna och MWNTs presenteras i figur 4. Samtidigt observeras CI-partiklar belagda med MWNTs med olika doser av ympmedel, benämnda A1-A3 med gradvis ökade doser av ympmedel, enligt figur 5. De visar att de ursprungliga CI-partiklarnas ytor är sfäriska och släta, medan de blir lite grova med vissa ämnen efter beläggningen. Beläggningseffekten ökar med ökande doser av ympmedel inom ett visst intervall, medan den stabiliseras eller till och med minskar när gränsen överskrids. Beläggningsskiktet i prov A1 är långt ifrån kompakt eftersom endast ett fåtal filament (MWNT) är belagda på partiklarnas yta. När det gäller prov A2 är det fortfarande svårt att täcka CI-partiklarnas yta helt och hållet. I prov A3 är filamenten relativt tydliga genom att de är sammanflätade och utspridda på den sfäriska ytan och nästan alla CI-partiklarnas ytor är belagda med MWNT:er, vilket visar att doserna av ympmedel är tillräckliga. På det hela taget har ympningsmedlet stor betydelse för yttopografin och doseringen av det bör ägnas stor uppmärksamhet eftersom den spelar en viktig roll för kvaliteten på beläggningseffekten. Och efter en jämförelse anses prov A3 vara det prov som har den bästa proportionen av ympmedel i detta steg.

FIGUR 4
www.frontiersin.org

Figur 4. Elektronmikrografer av (A) ursprungliga CI-partiklar och (B) MWNTs.

FIGUR 5
www.frontiersin.org

Figur 5. Elektronmikrografer av kompositpartiklar med olika doser av ympmedel.

Dessutom observeras elektronmikrografer av CI-partiklar som är belagda med gradvis ökande doser av MWNT i ordningen A3, B1, B2 och B3 och som presenteras i figur 6. Det visar att beläggningseffekten först förbättras och sedan minskar gradvis med den uthålliga ökningen av MWNTs, och beläggningseffekten når det optimala i prov B1 angripet med kompakt och homogent beläggningsskikt fyllt med filament. Det kan tolkas utifrån beläggningsmekanismen att överdrivna MWNT:er är mer benägna att samlas snarare än att beläggas på CI-partiklarnas yta under självmonteringsprocessen, vilket leder till att MWNT:erna aggregeras och att filamenten på CI-partiklarnas yta dras ut och att beläggningsskiktet förstörs. Därför bör doserna av MWNT kontrolleras inom ett rimligt intervall för att uppnå en relativt tillfredsställande beläggningseffekt. Dessutom betraktas prov B1 som den magnetiska partikeln av MR-vätskor i denna uppsats med dess bästa beläggningseffekt.

FIGUR 6
www.frontiersin.org

Figur 6. Elektronmikrografer av kompositpartiklar med olika doser av MWNTs.

Partikeltäthet

Partikeltäthet är en av de direkta faktorerna som påverkar sedimenteringsstabiliteten hos MR-vätskor, eftersom densitetsskillnaden mellan CI-partiklarna och bärarvätskan är den huvudsakliga orsaken till sedimenteringsproblemet hos MR-vätskor, speciellt ju mindre densitetsskillnaden mellan CI-partiklarna och bärarvätskan är, desto bättre är stabiliteten och lägre sedimenteringshastighet hos MR-vätskor.

Tätheterna hos de ursprungliga CI-partiklarna och prov B1 visas i tabell 1, vilka erhålls genom beräkning med hjälp av volymen och massan som erhålls med hjälp av cylindern respektive den elektroniska vågen. Det kan presenteras att tappdensiteten för prov B1 är kraftigt reducerad jämfört med de ursprungliga CI-partiklarna, vilket är från 4,2 till 1,55 g/cm3 med en minskning på 63,1 %. Det är uppenbart att testresultaten överensstämmer med förväntningarna eftersom MWNTs är ett slags lättviktsmaterial som kan minska kompositpartiklarnas densitet, vilket är gynnsamt för att förbättra sedimentationsstabiliteten hos MR-vätskor.

TABELL 1
www.frontiersin.org

Tabell 1. Jämförelse av tappdensiteten hos de två typerna av magnetiska partiklar.

Magnetisk egenskap

Magnetisk egenskap är ett viktigt index för de magnetiska partiklarna, som direkt kan påverka den magnetiska reologiska egenskapen hos MR-vätskor. Dessutom bör de magnetiska partiklarna med bättre prestanda ha hög mättnadsmagnetiseringsstyrka, mindre restmagnetism och låg koercitivkraft samtidigt.

Partiklarnas magnetiska egenskap mäts via en magnetometer för vibrationsprov med ett maximalt magnetfält på 1600 kA/m, och de magnetiska hysteresekurvorna för de två typerna av magnetiska partiklar (CI-partiklar som är belagda med MWNTs (prov B1) och ursprungliga CI-partiklar) visas i figur 7. Man kan dra slutsatsen att mättnadsmagnetiseringsintensiteten hos prov B1 är något lägre än hos de ursprungliga CI-partiklarna under olika magnetfält. Detta sammanfaller med det faktum att magnetiseringsintensiteten hos MWNTs är mycket lägre än hos de ursprungliga CI-partiklarna, vilket leder till att magnetiseringsintensiteten hos kompositpartiklarna minskar. Dessutom visas ytterligare jämförelser av dessa två typer av magnetiska partiklar i tabell 2. Det kan visas att mättnadsmagnetiseringsintensiteten hos de ursprungliga CI-partiklarna är 217 emu/g, medan den är 170 emu/g för prov B1 med en minskning på 21,7 %. När det gäller restmagnetism och koercitivkraft är prov B1 lite högre än de ursprungliga CI-partiklarna. Även om den magnetiska egenskapen hos CI-partiklar som är belagda med MWNTs är något reducerad jämfört med de ursprungliga CI-partiklarna, är den fortfarande överlägsen andra magnetiska partiklar, t.ex. hematit, magnetit och maghemit. Därför är CI-partiklar belagda med MWNT mycket lämpliga för framställning av MR-vätskor.

FIGUR 7
www.frontiersin.org

Figur 7. Jämförelse av magnetiseringskurvorna för två typer av ferromagnetiska partiklar (1Gs = 0,0795775kA/m).

TABELL 2
www.frontiersin.org

Tabell 2. Jämförelse av den magnetiska egenskapen hos två typer av magnetiska partiklar.

Stabilitetstester av MR-vätskor

Det är allmänt erkänt att stabiliteten hos MR-vätskor huvudsakligen innefattar redispersibiliteten och sedimentationsstabiliteten. Redispersibiliteten avser förmågan hos en agglomererad MR-vätska att återgå till sitt ursprungstillstånd med utmärkt fluiditet och homogenitet, vilket är nära förknippat med den praktiska tillämpningen av MR-vätskor. Det finns dock fortfarande inget standardiserat utvärderingssystem för att utvärdera detta. Därför användes den naturliga observationsmetoden för att testa MR-vätskors redispergerbarhet. Efter att MR-vätskor har fått stå under en viss tid observeras MR-vätskornas agglomerering och redispersibilitet genom att försiktigt oscillerande eller skakande MR-vätskor. Observationsresultaten presenteras i tabell 3. Tabell 3 visar att redispersibiliteten hos prov B1 är bäst.

TABELL 3
www.frontiersin.org

Tabell 3. Observation av redispersibiliteten hos framställda MR-vätskor.

Sedimentationsstabilitet är en av de viktigaste egenskaperna hos MR-vätskor som utvärderas genom deras sedimentationshastighet som beräknas med följande ekvation (Guo et al., 2017). Sedimentationskvoten definieras som:

Sedimentationskvot(%)=volym av supernatantvätskanvolym av hela blandningsvätskan×100% (1)

Sedimentationshastigheterna för MR-vätskematerialproverna med gradvis ökning av doserna av ympmedel, som benämns A1-A3, observeras, och resultaten är som visas i tabell 4. Det kan konstateras att sedimenteringshastigheten minskar med ökningen av doserna av ympmedel, dvs. sedimenteringshastigheten för prov A1 är 4,74 %, medan den är 2,80 % för prov A2 och till och med sjunker till 1,84 % för prov A3 efter 60 dagar. Det är uppenbart att testresultaten stämmer överens med testet av yttopografin när doserna av ympmedel ligger inom ett visst intervall. Ju bättre beläggningseffekten är, desto bättre är sedimentationsstabiliteten eftersom kompositpartiklarnas densitet minskar avsevärt.

TABELL 4
www.frontiersin.org

Tabell 4. Sedimentationshastighet för MR-vätskor med olika doser av ympmedel.

Dessutom observeras sedimentationshastigheterna för MR-vätskor med olika doser av MWNT, som benämns B0-B3, vilket visas i figur 8. Prov B0 är framställt på grundval av den ursprungliga CI-partikeln, medan proverna B1, B2 och B3 är framställda på grundval av CI-partiklar belagda med MWNT med ökande doser av MWNT. Man kan dra slutsatsen att sedimentationsstabiliteten hos MR-vätskor förbättras avsevärt på grund av anpassningen av MWNT:er. Sedimentationshastigheten för prov B0 är 22,47 % efter 60 dagar, vilket är det högsta värdet jämfört med andra prover, vilket visar att användningen av CI-partiklar belagda med MWNT:er effektivt kan minska sedimentationshastigheten hos MR-vätskor. Å andra sidan ökar sedimentationshastigheten för MR-vätskor med ökningen av doserna av MWNT, dvs. sedimentationshastigheten för prov B1 är 7,18 % och 9,79 % för prov B3, vilket visar att överdrivet mycket MWNT är ogynnsamt för förbättringen av sedimentationsstabiliteten för MR-vätskor, eftersom interaktionen mellan partiklarna kommer att påverkas kraftigt på grund av införandet av beläggningsmaterial. Därför bör doserna av MWNT kontrolleras inom ett rationellt intervall.

FIGUR 8
www.frontiersin.org

Figur 8. Sedimentationshastighet för MR-vätskor med olika doser av MWNTs.

Slutsats

I denna uppsats utvecklades MR-vätskor med CI-partiklar belagda med MWNTs och beläggningseffekten undersöktes genom yttopografi, partikeltäthet och magnetiska egenskaper hos sammansatta magnetiska partiklar samt stabilitetstester av de framställda MR-vätskorna. Samtidigt analyserades inverkan av doserna av ympmedel och MWNTs på beläggningseffekten för att verifiera effekten av CI-partiklar belagda med MWNTs på förbättringen av sedimentationsstabiliteten. Slutsatserna är följande:

(1) Testerna av kompositpartiklarna bestående av yttopografi, partikeldensitet och magnetiska egenskaper visar att kompositpartiklar med lämpliga doser av ympmedel och MWNTs i hög grad kommer att gynna beläggningseffekten, vilket bidrar till genomförandet av kompositpartiklar med bättre prestanda. Dessutom minskade partikeldensiteten kraftigt samtidigt som den magnetiska egenskapen bara minskade något, vilket visade att beläggningsmaterialet är gynnsamt för förbättrad sedimentationsstabilitet samtidigt som det är ogynnsamt för magnetism. Därför är det viktigt att balansera de för- och nackdelar som orsakas av införandet av beläggningsmaterialet när kompositpartiklarna framställs.

(2) Resperabilitets- och sedimentationstesterna av de framställda MR-vätskorna visar att stabiliteten förbättras avsevärt med införandet av MWNT:s på grund av minskningen av den specifika vikten. Samtidigt är resperabilitetsegenskaperna och sedimentationshastigheterna hos MR-vätskor nära relaterade till beläggningseffekten hos kompositpartiklarna, som påverkas av doseringarna av ympmedel och MWNTs.

Författarbidrag

Y-QG föreslog idén till den här uppsatsen. Under ledning av Y-QG, C-LS och Z-DX förberedde MR-vätskor och avslutade testet av MR-vätskor. Y-QG, C-LS och Z-DX slutförde gemensamt skrivandet av artikeln. XJ hjälpte till med korrekturläsning av övergripande presentation och experimentella data.

Finansiering

Denna studie stöds ekonomiskt av 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) och programmet för Jiangsu-provinsens 333 talanger. Dessa stöd är vi tacksamma för.

Intressekonfliktförklaring

Författarna förklarar att forskningen utfördes i avsaknad av kommersiella eller ekonomiska relationer som skulle kunna tolkas som en potentiell intressekonflikt.

Arruebo, M., Fernandez-Pacheco, R., Ibarra, M. R., och Santamaría, J. (2007). Magnetiska nanopartiklar för läkemedelsleverans. Nano Today 2, 22-32. doi: 10.1016/S1748-0132(07)70084-1

CrossRef Full Text | Google Scholar

Cheng, H. B., Wang, J. M., Zhang, Q. J. och Wereley, N. M. (2009). Framställning av sammansatta magnetiska partiklar och vattenbaserade magnetorheologiska vätskor. Smart Mater. Struct. 18:085009. doi: 10.1088/0964-1726/18/8/085009

CrossRef Full Text | Google Scholar

Cho, M. S., Lim, S. T., Jang, I. B., Choi, H. J. och Jhon, M. S. (2004). Inkapsling av sfäriska järnpartiklar med PMMA och dess magnetorheologiska partiklar. IEEE Trans. Magn. 40, 3036-3038. doi: 10.1109/TMAG.2004.830413

CrossRef Full Text | Google Scholar

Dong, X. F., Ma, N., Qi, M., Li, J. H., Guan, X. C. och Ou, J. P. (2012). Egenskaper hos magnetorheologiska vätskor baserade på amorfa mikropartiklar. Trans. Nonferrous Metal. Soc. China 22, 2979-2983. doi: 10.1016/S1003-6326(11)61559-8

CrossRef Full Text | Google Scholar

Du, C. B., Chen, W. Q. och Wan, F. X. (2010). Inverkan av HLB-parametrar för ytaktiva ämnen på egenskaperna hos magnetorheologisk vätska. Manufact. Sci. Eng. 97-101, 843-847. doi: 10.4028/www.scientific.net/AMR.97-101.843

CrossRef Full Text | Google Scholar

Ferroudj, N., Nzimoto, J., Davidson, A., Talbot, D., Briot, E., Dupuis, V., et al. (2013). Maghemitnanopartiklar och nanokompositmikrosfärer av maghemit/silika som magnetiska Fenton-katalysatorer för avlägsnande av vattenföroreningar. Appl. Catal. B Environ. 136, 9-18. doi: 10.1016/j.apcatb.2013.01.046

CrossRef Full Text | Google Scholar

Foister, R. T. (1997). Magnetorheologiska vätskor. Amerikanskt patent nr 5667715. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.

Google Scholar

Goldowsky, M. (1980). Nya metoder för tätning, filtrering och smörjning med magnetiska vätskor. IEEE Trans. Magn. 16, 382-386. doi: 10.1109/TMAG.1980.1060587

CrossRef Full Text | Google Scholar

Guo, Y. Q., Xu, Z. D., Chen, B. B., Ran, C. S. och Guo, W. Y. (2017). Framställning och experimentell studie av magnetorheologisk vätska för vibrationskontroll. Int. J. Acoust. Vibrat. 22, 194-200. doi: 10.20855/ijav.2017.22.2464

CrossRef Full Text | Google Scholar

Jiang, W. Q., Zhu, H., Guo, C. Y., Li, J., Xue, Q., Feng, J., et al. (2010). Poly(metylmetakrylat)-belagda karbonyljärnpartiklar och deras magnetorheologiska egenskaper. Polym. Int. 59, 879-883. doi: 10.1002/pi.2794

CrossRef Full Text | Google Scholar

Kim, H. J., Kim, G. C., Lee, G. S., Hong, M. T. och Choi, H. J. (2013). Viskositet hos magnetorheologiska vätskor med hjälp av nanopartiklar av järn-silikon. J. Nanosci. Nanotechnol. 13, 6005-6009. doi: 10.1166/jnn.2013.7638

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Kim, J. E., and Choi, H. J. (2011). Magnetiska karbonyljärnpartiklar dispergerade i viskoelastisk vätska och dess magnetorheologiska egenskaper. IEEE Trans. Magn. 47, 3173-3176. doi: 10.1109/TMAG.2011.2156396

CrossRef Full Text | Google Scholar

Kim, Y. S., and Kim, Y. H. (2003). Tillämpning av ferrokoboltmagnetisk vätska för oljetätning. J. Magn. Magn. Mater. 267, 105-110. doi: 10.1016/S0304-8853(03)00342-1

CrossRef Full Text | Google Scholar

Kormann, C., Laun, H. M. och Richter, H. J. (1996). MR-vätskor med magnetiska partiklar i nanostorlek. Int. J. Modern Phys. B 10, 3167-3172. doi: 10.1142/S021797979296001604

CrossRef Full Text | Google Scholar

Liu, Y. D., Hong, C. H. H. och Choi, H. J. (2012). Polymera kolloidala magnetiska kompositmikrosfärer och deras magnetresponsiva egenskaper. Macromol. Res. 20, 1211-1218. doi: 10.1007/s13233-012-0198-8

CrossRef Full Text | Google Scholar

Lopez-Lopez, M. T., Kuzhir, P., Caballero-Hernandez, J., Rodríguez-Arco, L., Duran, J. D. G. och Bossis, G. (2012). Yield stress i magneto-reologiska suspensioner nära gränsen för maximal packningsfraktion. J. Rheol. 56, 1209-1224. doi: 10.1122/1.4731659

CrossRef Full Text | Google Scholar

Mangal, S. K., and Kumar, A. (2015). Optimering av geometriska parametrar för magneto-reologiska dämpare med hjälp av design of experiment-teknik. Int. J. Mech. Mater. Eng. 10:4. doi: 10.1186/s40712-015-0031-1

CrossRef Full Text | Google Scholar

Mitamura, Y., Arioka, S., Sakota, D., Sekine, K. och Azegami, M. (2008). Tillämpning av en magnetisk vätsketätning på roterande blodpumpar. J. Phys. Condens. Matter 20:204145. doi: 10.1088/0953-8984/20/20/204145

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Mrlik, M., Ilcikova, M., Pavlinek, V., Mosnáček, J., Peer, P. och Filip, P. (2013). Förbättrad termooxidations- och sedimentationsstabilitet hos kovalent belagda karbonyljärnpartiklar med kolesterylgrupper och deras påverkan på magnetorheologin. J. Colloid Interface Sci. 396, 146-151. doi: 10.1016/j.jcis.2013.01.027

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Oh, J. K., and Park, J. M. (2011). Järnoxidbaserade superparamagnetiska polymera nanomaterial: design, beredning och biomedicinsk tillämpning. Prog. Polym. Sci. 36, 168-189. doi: 10.1016/j.progpolymsci.2010.08.005

CrossRef Full Text | Google Scholar

Olabi, A. G., and Grunwald, A. (2007). Utformning och tillämpning av magnetorheologisk vätska. Mater. Des. 28, 2658-2664. doi: 10.1016/j.matdes.2006.10.009

CrossRef Full Text | Google Scholar

Qiao, X. Y., Bai, M. W., Tao, K., Gong, X., Gu, R., Watanabe, H., et al. (2010). Magnetorheologiskt beteende hos polyetenglykolbelagda Fe3O4-ferrofluider. Nihon Reoroji Gakkaishi 38, 23-30. doi: 10.1678/rheology.38.23

CrossRef Full Text | Google Scholar

Rabinow, J. (1948). Den magnetiska vätskekopplingen. Trans. Am. Inst. Electrical Eng. 67, 1308-1315. doi: 10.1109/T-AIEE.1948.5059821

CrossRef Full Text | Google Scholar

Sedlacik, M., Pavlinek, V., Lehocky, M., Mracek, A., Grulich, O., Svrcinova, P., et al. Plasmabehandlade karbonyljärnpartiklar som en dispergerad fas i magnetorheologiska vätskor. Colloid. Surf. A Physicochem. Eng. Aspects 387, 99-103. doi: 10.1016/j.colsurfa.2011.07.035

CrossRef Full Text | Google Scholar

Sutrisno, J., Fuchs, A., Sahin, H. och Gordaninejad, F. (2013). Ytbelagda järnpartiklar via atomöverföringsradikalpolymerisation för termiskt-oxidativt stabil magnetorheologisk vätska med hög viskositet. J. Appl. Polym. Sci. 128, 470-480. doi: 10.1002/app.38199

CrossRef Full Text | Google Scholar

Thomas, J. R. (1966). Framställning och magnetiska egenskaper hos kolloidala koboltpartiklar. J. Appl. Phys. 37, 2914-2915. doi: 10.1063/1.1782154

CrossRef Full Text | Google Scholar

Tian, Z. Z., Chen, F. och Wu, X. F. (2016). En ny beredningsprocess för magnetorheologisk vätska med hög sedimentationsstabilitet. Mater. Manufact. Process. 31, 2030-2036. doi: 10.1080/10426914.2016.1198032

CrossRef Full Text | Google Scholar

Ulicny, J. C., and Mance, A. M. (2004). Utvärdering av ytbehandling med elfri nickel för järnpulver som används i MR-vätskor. Mater. Sci. Eng. A. 369, 309-313. doi: 10.1016/j.msea.2003.11.039

CrossRef Full Text | Google Scholar

Xu, Z. D., Shen, Y. P. och Guo, Y. Q. (2003). Semi-aktiv styrning av strukturer med magnetorheologiska dämpare med hjälp av neurala nätverk. Smart Mater. Struct. 12, 80-87. doi: 10.1088/0964-1726/12/1/309

CrossRef Full Text | Google Scholar

Zhu, M., Yu, M., Qi, S. och Fu, J. (2018). Undersökningar av svarstiden för magnetorheologisk elastomer under kompressionsläge. Smart Mater. Struct. 27:055017. doi: 10.1088/1361-665X/aab63e

CrossRef Full Text | Google Scholar

Zong, L. H., Gong, X. L., Xuan, S. H. och Guo, C. Y. (2013). Semi-aktiv H oändlighetsreglering av upphängning av höghastighetstågfordon med magnetorheologiska dämpare. Vehicle Syst. Dyn. 51, 600-626. doi: 10.1080/00423114.2012.758858

CrossRef Full Text | Google Scholar

Articles

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.