Nové nanokompozity s řízenou strukturou: Syntéza a elektroreologické chování

Abstract

Elektroreologické (ER) kapaliny, jako jeden z inteligentních materiálů, vykazující zajímavé reologické vlastnosti v elektrickém poli, jsou předmětem mnoha výzkumů. Typické ER kapaliny obsahují částice o vysoké permitivitě a nízké vodivosti dispergované v nevodivém kapalném prostředí. Vlivem elektrického pole tvoří polarizované částice řetízkovou strukturu ve směru elektrického pole. Tato struktura umožňuje ER kapalině náhle změnit svou viskozitu a smykové napětí během velmi krátké doby. Reologické změny ER kapaliny jsou vratné a velmi rychlé, tak že se mohou používat v automobilovém průmyslu pro spojky, brzdy a tlumící elementy. Potencionální aplikace přitahují velkou pozornost od svého prvního popisu v roce 1949 jak v akademické tak v průmyslové sféře. Pro uvažované použití jsou nejdůležitějšími vlastnostmi kapalin hlavně vysoké prahové napětí (mez toku), nízké proudové hustoty, vhodná teplotní stabilita a nízká sedimentace. Doposud byly vyvinuty dva typy ER materiálů a to bezvodé a vlhkost obsahující. V ER systémech obsahujících vlhkost slouží adsorbovaná voda jako nosič pohyblivých nábojů na povrchu částic, což zvyšuje intenzitu ER efektu. Nicméně přítomnost adsorbované vlhkosti představuje také řadu problémů jako jsou úzký rozsah teplot použití, vysoká proudová hustota a možná koroze zařízení. Z těchto důvodů se pro praktické aplikace jeví vhodnější bezvodé systémy. Nedávno tak byly intenzivně zkoumány bezvodé částice anorganických materiálů, různých polovodivých polymerů, hybridních organicko-anorganických kompozitů a nových nanokompozitů. Bohužel experimentální výsledky jsou stále daleko od komercionalizace ER materiálů a bude třeba vyvinout ještě nemalé úsilí než se to podaří. Cílem disertační práce je návrh a příprava nových nanokompozitních materiálů s řízenou strukturou jako jsou mezoporézní polypyrol/silika, mezoporézní silika modifikovaná triethanol aminem a jednodimenzionální nanokompozity polyanilín/titanát a polypyrol/titanát. Očekává se, že ER kapaliny na bázi těchto nových nanokompozitů budou vykazovat vysokou ER aktivitu. Výsledky ukázaly, že mezoporézní silika modifikovaná polypyrolem a triethanol aminem vykazuje vyšší ER efekt než původní neupravená silika. Na druhou stranu, u kapalin na bázi jednodimenzionálních nanotrubek polynilín/titanát přispívá jejich vyšší aspektální poměr k větší polarizovatelnosti částic, což vede k silnějšímu ER efektu v porovnání s kapalinami na bázi kulových částic polyanilín/TiO. Dále byla provedena korelace reologických a dielektrických vlastností kapalin na bázi připravených nanokompozitů.