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1、作品名称：十六烷基三甲基溴化铵改性凹凸棒石及其电流变性能 学校名称：西安建筑科技大学 团队名称：材Young 团队成员：尚士帆 白文宇 赵相臻 王武晨 指导老师：雷西萍,第四届中国大学生高分子材料创新创业大赛,项目背景、意义及介绍,01,产品/技术方案及水平分析,02,市场分析及效益分析,03,团队介绍及项目组织实施,04,下一步创业规划及模式,05,总结,06,Contents,目,录,说明1（提报时需删除此页）,参赛说明及要求: *汇报时间：10分钟以内(注意：PPT展示倒计时10分钟后自动退出播放，请把握好时间！) *专家问询、现场答辩时间：5分钟 *汇报形式：现场答辩，播放幻灯片，各种
2、设计演示、视频及实物展示、模型展示不限。,二级标题为建议内容，供参考，参赛者可根据申报作品情况酌情编辑、修改。,说明2-PPT大纲编制说明（提报时需删除此页）,一、项目背景、意义及介绍,项目背景： 电流变液（Electrorheological fluids,又名ER流体），在电场作用下，表观粘度和流体的属性发生了强烈变化。在电场强度达到某一临界值时，液体停止流动而达到固化，并具有保持流体本身形状或具有一定的抗剪切能力，还表现出固体特有的屈服现象。凹凸棒石（Attapulgite）（AT）黏土是以凹凸棒石为主要成分的非金属黏土矿物。凹凸棒石在矿物学分类上属于海泡石族，其晶体呈棒晶状集合体，单根
3、棒晶的长度为0.5-5m，直径为20-70nm，符合纳米尺度的标准。凹凸棒石分散在介质中时，棒晶间的相互作用以及棒晶间的耦合能力为凹凸棒石在电流变液中的应用提供了良好条件。,一、项目背景、意义及介绍,意义： 由于电流变液对电信号的反应非常显著，响应时间极短（只有毫秒级），而且是可逆的，其流变特性能够很容易地通过外加电场控制，因此依据每种电流变液的性能，有其实际应用价值，在汽车工业、航空工业、润滑油等领域中具有广阔的应用前景。 根据电流变技术的原理，构成液机耦合的机制，可以设计出全新的汽车结构。根据这一原理，同样可以设计出新颖的汽车转向系统、汽车的减震装置、制动装置等。 趋势意义：与传统的机械产
4、品相比，具有设计简化、应用简便、灵敏度高、噪声小、寿命长、成本低、易于实现电脑控制的特点。电流变技术在汽车传动系统的重大创新将引发一场汽车技术革命。,一、项目背景、意义及介绍,项目背景：,一、项目背景、意义及介绍,项目背景：,二、产品/技术方案及水平分析,2.1 技术原理及思路,二、产品/技术方案及水平分析,技术原理及思路：电流变液（Electrorheological fluids,又名ER流体），在电场作用下，表观粘度和流体的属性发生了强烈变化。在电场强度达到某一临界值时，液体停止流动而达到固化，并具有保持流体本身形状或具有一定的抗剪切能力，还表现出固体特有的屈服现象。,高岭土,沸石,金属
5、氧化物,硅铝酸盐,钙钛型化合物,蒙脱土,凹凸棒石,凹凸棒石（Attapulgite）黏土是以凹凸棒石为主要成分的非金属黏土矿物。凹凸棒石在矿物学分类上属于海泡石族，其晶体呈棒晶状集合体，单根棒晶的长度为0.55m，直径为2070nm，符合纳米尺度的标准。凹凸棒石分散在介质中时，棒晶间的相互作用以及棒晶间的耦合能力为凹凸棒石在电流变液中的应用提供了良好条件。,2.1 技术原理及思路,二、产品/技术方案及水平分析,十六烷基三甲基溴化铵(CATB)：阳离子型表面活性剂,思路：”将不同浓度的CTAB与AT混合，用显微结构分析和化学元素分析法，鉴定是否完成表面改善，再将改性后的AT与硅油和添加剂制得电流
6、变液，装入可视电流变液测试装置，用自制电流变仪对AT-CTAB进行电流变性能测试，测其剪切应力与剪切速率关系，剪切应力与不同电场关系，温度稳定性，介电性能，电导性能，悬浮稳定性等一系列数据。,2.1 技术原理及思路,二、产品/技术方案及水平分析,2.1 技术原理及思路,二、产品/技术方案及水平分析,2.2 整体技术方案,二、产品/技术方案及水平分析,技术方案：不同浓度CTAB改性AT的制备（利用显微结构观察和化学元素分析来鉴定产物）。采用自制电流变仪对AT-CTAB进行电流变性能测试。,实验方案,电流变测试,Fig. 3.1. Schematic diagram of the rheomete
7、r.,Fig.3.2 Generator of ERF., ,2.3 关键技术点、难点及技术解决方案,二、产品/技术方案及水平分析,关键技术点：不同浓度CTAB改性AT的制备。,难点：电流变液的检测,解决方案：将不同浓度的CTAB与AT混合，用显微结构分析和化学元素分析法，鉴定是否完成表面改善，再将改性后的AT与硅油和添加剂制得电流变液，装入可视电流变液测试装置 自制电流变仪，是采用成都仪器厂与业内学者进行沟通后制得，保证了数据可靠详实。,二、产品/技术方案及水平分析,2.4 产品/技术的实验、验证方法及结论,实验过程：,实验验证方法：自制电流变仪，是采用成都仪器厂与业内学者进行沟通后制得，保
8、证了数据可靠详实,电流变测试,Fig. 3.1. Schematic diagram of the rheometer.,Fig.3.2 Generator of ERF., ,实验结果,表面活性剂吸附量,表4.1 AT及OAT化学元素分析,（41）,- 表面活性剂吸附量/%； COAT- OAT的碳含量/% CAT-AT的碳含量/%； MC-碳元素相对原子质量/gmol-1 n-表面活性剂分子中C原子数（n=19） M表-表面活性剂的相对分子质量/gmol-1,红外光谱分析,图4.2 AT（a）和ATCTAB（b）红外光谱图,表4.2 红外光谱分析结果,X射线衍射分析,图4.3 AT（a）和
9、ATCTAB（b）X射线衍射图谱,1绿泥石 2白云母 3长石 4石英 5白云石,微观形貌分析,100000X,10000X,5000X,OAT电流变液性能,图4.4 不同体积分数AT-CTAB(0.2) 电流变液剪切应力与剪切速率的关系图(E=1.5 kV/mm, 20 ),图4.5 不同掺量OAT与AT电流变液剪切速率与剪切应力的关系图：(a)E=0，(b)、(c)、(d)E=1.5kV/mm,(c),(b),(a),图4.7 (a)AT-CTAB； (b)AT-DBSA； (c)AT-PEG1200 ）电流变液不同电场下剪切应力与剪切速率关系图(20 Vol.%, 20 ).,图4.10
10、阳离子型表面活性剂改性凹凸棒石电流变效应机理示意图,OAT的介电性能,图4.10 AT和AT-CTAB (0.2)相对介电常数(a)及介电损耗(b)随电场频率关系图（20）,相对介电常数：AT；744.6、AT-CTAB： 235.0、AT-DBSA；17.47、AT-PEG1200：14.87,OAT的导电性能,OAT电流变液的悬浮性能,表4.4 各表面活性剂改性AT电流变液性能综合分析,结 论,二、产品/技术方案及水平分析,2.5 产品及技术的成熟度、先进性、创新性,成熟度、创新度、先进度评价标准,二、产品/技术方案及水平分析,2.6 其他（知识产权、应用现状说明等）,现状：已经获得了一些
11、实验结果，65 是ER性能最佳温度，两个月后的仍具有高的悬浮率为91%，适宜的介电常数约为250，剪切应力为169 Pa。和复合电流变液相比，制备工艺简单，可操作性强。现阶段，该项目还不能满足工业应用需求，但是在未来，如果能提高其剪切应力（实际生产要求5 KPa），有望获得应用。,应用领域：用于制备各种阻尼、减振装置，如汽车和飞机的发动机悬置、悬架、离合器、制动器、减振器、隔振器，驾乘员座等主动控制和半自动控制阻尼装置，在汽车工程和航空工业等领域呈现出良好的应用前景。 市场价值：与已有产品相比，可在性能上，制造上，使用上以及价格上有明显的优势和市场竞争能力。,二、产品/技术方案及水平分析,2.
12、7 设计演示（视频、实物等不限）,三、市场分析及效益分析,3.1 市场需求及产业前景分析、竞争分析,三、市场分析及效益分析,需求：主要在机械领域 前景：电流变液作为一种新型智能材料，虽然其理论研究与技术开发还有待更进一步发展，但可以肯定的是随着电流变技术的发展和研究的深入，电流变液的应用必将引起诸多工业领域革命性的变化。 随着材料科学的发展，特别是智能材料的发展，材料在机械领域、控制领域还有其他的一些领域将会扮演一个非常重要的角色。在以往的机械工程里，经常会有一些复杂的机构去完成一项任务如零件伸展，但一个记忆合金可能就可以完成这个要求；在控制领域需要一个控制系统去完成控制，但在智能材料的感知外
13、界环境并完成属性的变化来玩成控制。所以在机械学科和材料学科的结合，将会给今后带来更完美的世界。 竞争分析：巨电流变液的压力,3.2 项目经济效益与社会效益分析,三、市场分析及效益分析,市场价值：与已有产品相比，可在性能上，制造上，使用上以及价格上有明显的优势和市场竞争能力。 经济效益：若投入产业化生产，更具有巨大的利润回报：黏土和表面活性剂的价格不高，常以吨位出售，价格便宜，若制得电流变液后，1g就可以卖出很高的价格，回报十分地可观。,3.3 项目投入-产出分析（或产业化分析）,三、市场分析及效益分析,投入：,产出：市场收益：电流变液能在“ 固液” 间转换的特性可控、可逆并且连续，可通过电场实
14、现力矩的可控传递和机构的在线无级、可逆控制，因而能代替传统的电机械转换元器件，特别适合于制备各种阻尼、减振装置，如汽车和飞机的发动机悬置、悬架、离合器、制动器、减振器、隔振器，驾乘员座等主动控制和半自动控制阻尼装置，在汽车工程和航空工业等领域呈现出良好的应用前景。用一种新材料来取代传统的机电转换元器件，如果实验室能找到这种材料，定能给传统制造业带来新转变，进而促进就业，带动产业转型，具有显著的经济效益。,四、团队介绍及项目组织实施,4.1 指导老师、项目团队介绍及成员角色分工,四、团队介绍及项目组织实施,公司简介（拟）：西安建科有限公司建于二0一六年，该公司是一家集开发、专利应用、项目推广于一
15、体的综合型科技和生产企业，公司的电流变液项目：十六烷基三甲基溴化铵改性凹凸棒石及其电流变性能，具备电流变液体四大特点，公司业务范围涉足车辆工程、通信、航天和医疗用品等诸多领域，产品辐射全国各地，深受用户欢迎。 公司位于陕西省西安市，拥有雄厚技术实力，现有技术人员20人，其中专家1人，硕士4人，本科以上学历人数占到95%以上。公司现有发动机悬置、悬架、离合器、制动器、减振器、隔振器，驾乘员座等主动控制和半自动控制阻尼装置产品。 主要成员： 雷西萍，女，副教授，硕士生导师，骨干教师。主要从事高分子材料基复合材料的制备与性能研究、基于固体废弃物制备智能材料。主持国家青年基金项目一项，主持完成厅局级、
16、校级项目三项，陕西省、韩城市、董家河工业园区循环经济规划项目三项，发表论文近30篇，SCI收录8篇。2009年获准“濮耐”教育教学奖学金，2013年获校科技进步二等奖，2014年获西安建筑科技大学“教坛新秀”称号。 王明忠，男，汉族，硕士，陕西西安市人，在无机电流变液领域多有建树。,尚士帆，男，汉族，陕西汉中人，本科毕业，参与大学生创新创业大赛，主导了大学生科研训练计划（SSRT）。 白文宇，男，回族，青海省人，本科毕业，班级团支书，获“十佳团干部”荣誉称号。 赵相臻，男，汉族，陕西省人，本科，任班长。 王武晨，男，汉族，陕西省人，本科，获争先创优三等优秀学生。,4.2 研究依托实验室资源与合作机构,四、团队介绍及项目组织实施,实验室：西安建筑科技大学材料科学实验室 合作机构：,
