1、电流变液研究进展 徐志超 伍罕 张萌颖 巫金波 温维佳 上海大学材料基因组工程研究院智能材料及应用技术研究所 上海大学理学院物理系 香港科技大学物理系 摘 要： 在电流变液发明后的 70 余年中, 学者们相继提出了纤维理论、“水桥”理论、双电层理论和介电理论等传统理论模型.然而, 力学性能较差, 严重制约了电流变液的工程化应用.近几年, 随着巨电流变液和极性型电流变液等低场高屈服强度的新型电流变液的发明, 电流变液屈服强度均超过了 100 k Pa, 电流变液迎来了一个新的工业化应用契机.但是, 电流变液的沉降性及再分散性等基础性和应用性问题仍然制约了其广泛应用.本文回顾了电流变液的成分、宏观
2、性质、微观机制及其应用的发展, 重点分析了巨电流变效应及其在智能微流控中的研究.总结了电流变液的研究现状及未来发展方向, 其中对电流变液稳定性和服役与失效的研究将成为未来研究的主要方向.随着上述问题的解决完善将加速电流变液的工业化进程.关键词： 电流变效应; 巨电流变液; 极化; 微流控; 作者简介：温维佳, E-mail:phwenust.hk;作者简介：巫金波, E-mail:收稿日期：2016-06-18基金：上海市科学技术委员会基金 (15JC1400303) 资助The research progress of electrorheological fluidsXU ZhiChao
3、WU Han ZHANG MengYing WU JinBo WEN WeiJia Materials Genome Institute, Shanghai University; Department of Physics, College of Sciences, Shanghai University; Abstract： Electrorheological (ER) fluids are such smart materials whose rheological properties (yield stress, viscosity, etc.) can be reversibly
4、 and continuously controlled using an external electric field. They are colloids composing of dielectric particles and insulating liquids. They switch from a liquid-like state to a solid-like state within a millisecond with the aid of an electric field, which is called the ER effect. ER fluids can t
5、herefore be used as electrical and mechanical interfaces in various industries, including the fast acting valves, clutches, brakes, shock absorbers, accurate polishing, robotics and tactile displays. Since the ER effect was first described by Winslow in 1949, ER fluids show a promising prospect in t
6、he application in various industries and a great deal of research interest in ER fluids and ER devices has been stimulated. A large body of literature on ER fluids, the mechanism of the ER effect, and the design of industrial applicable ER devices has been published. In the meantime, after the inven
7、tion of ERF, a number of theories are put forward, such as Fibrillation Theory, “Water Bridge” Theory, Double layer Theory, Particle Polarization Theory and so on. Ma et al. calculated that the theoretical upper bound on conventional ER static yield stress is 10 k Pa based on first-principles calcul
8、ations. The highest yield strength of the dielectric electrorheological fluid obtained by Lu et al. in the experiment is 5 k Pa. However, electrorheological fluids are not industrialized practically because of the low yield strength. In recent years, Wen developed giant electrorheological fluid that
9、 can reach a yield strength of 130 k Pa, breaking the theoretical upper bound of traditional ER static yield stress. Later, Lu invented polar-molecule-dominated electrorheological fluids whose solid state can reach yield strength of 200 k Pa. With the inventions of the giant electrorheological fluid
10、 and polar-molecule-dominated electrorheological fluids with high yield stress under low electric field, there is a new opportunity for ER fluids to apply to the industrial application because their yield strength of the new kind of ER fluids is more than 40 k Pa, the lowest practical limit. However
11、, the problems about sedimentation and redispersibility of electrorheological fluids still restrict its wide application. With the research of surfactant and the development of the hollow multilayer porous nano particles, the stability of electrorheological fluids has greatly improved. This paper fo
12、cuses on the study of the giant electrorheological fluid and its application in smart microfluidics. Specifically, it gives a detailed introduction of micropumps and micro-valves and smart electroresponsive droplets in microfluidics based on giant electrorheological fluids. This paper also offers a
13、review of the composition, macroscopic properties, microscopic mechanism and applications of electrorheological fluids, as well as a summary of its current research status and its future development. Research of the stability and service life of electrorheological fluids will definitely be the most
14、popular topic in the future, thus accelerating the progress of industrialization with the settlement of the issues discussed above.Keyword： electrorheological effect; giant electrorheological fluid; polarization; microfluidic; Received： 2016-06-18电流变液 (electrorheological fluid, ERF) 作为一种新型智能材料, 有着鲜明
15、的特点与优势.其随电场强度变化的流变特性意味着其拥有广阔的市场前景.但是, 电流变液的沉降性及再分散性等基础性和应用性问题仍然制约了其广泛应用.本文回顾了电流变液发展的历程, 例举了电流变液在实际生活生产中的应用, 也展望了未来电流变液研究的趋势.1 电流变液特点与特性电流变液是一类液体的总称, 该胶体的黏度会随着电场强度的增强而显著增大, 当电场增大到一个阈值, 该胶体的流变特性就会发生改变.这一过程十分迅速, 通常发生在几毫秒的过程内1, 并且转变过程具有可逆性.这也就意味着电流变液的流变特性会随着电场的变化而发生变化.在不加外加电场时, 流体呈现出牛顿流体的特性, 但是在外电场强度足够高
16、时, 能够转变成“弹性固体”, 对外呈现出宾汉流体的性质.早在 20 世纪 40 年代 Winslow 用面粉和石灰分散在硅油矿物油中制出了电流变液并发现了电流变效应.随后, 1985 年 Block 首次制出无水的电流变液, 使得之前的模型被推翻, 进而发展出了介电模型.之后电流变液由于力学性能不够理想陷入了低谷期.2003 年温维佳教授研究组首次在复合纳米颗粒体系电流变液中发现了“巨”电流变效应, 把电流变液的最高剪切强度先后提高到了 130 和 250 k Pa, 并命名为“巨电流变液”2,3 (giant electrorheological fluid) .其结果分别发表在 Natu
17、re Material (2003 年) 和 Applied Physics Letters (2004 年) 上.2007 年, 陆坤权研究小组4用Ti-O, Ca-Ti-O, Sr-Ti-O 纳米颗粒制备出的电流变液屈服强度超过 200 k Pa.电流变液的研究进入了一个新时期.1.1 电流变液的成分当前普遍应用的电流变液体多是组分复杂的悬浊液5, 但是它们的组分大致是由以下 3 个部分构成:分散相、连续相和添加剂.分散相组成电流变液的固体颗粒.分散相颗粒具有以下特点: (1) 具有较高的介电常数以及适当的电导率; (2) 为了有较广的工作范围, 要求在较宽的温度范围内有稳定的物理和化学性
18、质 (-50150) ; (3) 颗粒的大小形状和密度要适当.目前, 分散相颗粒可采用无机材料1、有机高分子材料1,6、复合材料7、磁电流变材料1和液体材料7.无机材料例如金属氧化物、金属盐类等等.常用的金属氧化物有二氧化锡 (Sn O 2) 、二氧化钛 (Ti O 2) 、三氧化二铝 (Al 2O3) 及其他金属氧化物.金属盐类有硅铝酸盐、石灰石、钛酸钡、钛酸钙、钛酸锶、石膏以及陶瓷粉等.有机材料大致分为两大类:第一类是含有大键的电子共轭材料, 由于大键电子结构的存在, 该类材料在电场作用下极化程度很高, 相对介电常数很大;第二类是分子链上含有极性基团的有机高分子材料, 极性基团在电场作用下
19、有很大的极化率.复合材料一般由核心、导电层和绝缘层组成.核心用来控制颗粒的密度大小和形状, 导电层使粒子在电场作用下快速极化, 最外层的绝缘层用来保护极化电荷不扩散, 控制颗粒间静电作用以及颗粒与基础液的作用.复合材料电流变液的优点是通过调节各层的性能可根据自己的需求设计电流变液.磁电流变液是一种可以发生电流变效应和磁流变效应的电流变液.双重作用下可以获得更高屈服应力的电流变液.该类材料有铁颗粒、表面包裹二氧化钛的铁颗粒、表面包裹镍和二氧化钛的玻璃颗粒、表面包裹金属氧化物的各种铁磁体颗粒等等.液体材料一般为液晶聚合物材料, 液晶电流变液成功解决了电流变液的沉降问题, 但带来了液-液分层的问题.
20、同时, 这种电流变液在零场情况下黏度很大且只有向列相液晶上有电流变效应.连续相用来分散固体颗粒的连续相液体.连续相液体具有以下特点: (1) 远小于分散相颗粒的介电常数; (2) 较好的绝缘性能, 较高的电阻率, 不易被击穿 (击穿电压100 k V/mm) ; (3) 为了有较广的工作范围, 连续相液体要有较低的凝固点及较高的沸点; (4) 连续相液体的密度要与分散相颗粒密度相匹配, 防止过快的沉淀或分层; (5) 在无电场时有较低的黏度; (6) 良好的化学稳定性.常用的分散相液体有硅油、植物油、矿物油、石蜡、煤油和氯化氢等等1,7.在传统电流变液中, 分散相液体的介电常数、导电性和黏度影
21、响着电流变效应的强度7, 但效果并不明显, 然而分散相液体与巨电流变液的强度有重要的关联.就硅油而言, 硅油分子的链长以及端基的选择可以影响到电流变液的屈服强度8,9. (1) 硅油的运动黏度, 分子链长对巨电流变效应有重要的影响.硅油分子链越长, 黏度越大, 所制备的巨电流变液的屈服强度越大.但硅油分子链一旦过长, 将导致该硅油对于分散相颗粒的渗透性变差, 颗粒容易发生团聚, 巨电流变液的抗沉降性也随之变差.所以, 寻找到最优的链长十分重要. (2) 硅油分子端基的种类对巨电流变效应也有巨大影响8.端基越小, 所占的空间越小, 其空间位阻效应越小, 有利于颗粒的团聚, 提高电流变液的屈服强度
22、.然而, 颗粒易于团聚导致电流变液的抗沉降性变差.同时, 端基采用可以形成氢键的基团可增强电流变液的稳定性, 增强电流变效应.添加剂 (例如阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂10等) 可以用来提高电流变液的以下性能11: (1) 增强分散相颗粒在连续相液体中的稳定性, 使颗粒不易发生沉淀及凝絮, 延长电流变液的使用寿命; (2) 添加的活性剂吸附在颗粒表面可以增强颗粒的介电常数, 大大增强极化程度, 使得屈服应力显著增强; (3) 通过在颗粒表面吸附双重性的基团 (部分亲水部分亲油的基团) 可以加大颗粒在油相液体中的润湿性, 使得颗粒很好地分散在连续相中.表面活性剂的分子是由
23、性质完全不同的两部分组成, 一部分是非极性的长链烷基, 称为亲油基;另一部分是亲水的无机盐或者极性有机物, 称为亲水基.例如十二烷基磺酸钠的亲油基是十二烷基, 而亲水基是磺酸钠盐.当表面活性剂与颗粒接触时, 亲水基团将与颗粒表面结合, 亲油基尾链会伸入到基液中将颗粒表面由亲水性改为亲油性, 增大颗粒在基液的分散性.表面活性剂的种类很多, 按亲水基溶于水时的电性特征不同, 可以分为阳离子型、阴离子型、两性离子型和非离子型12.所以需要根据颗粒表面的性质选择适当的表面活性剂种类.涂慧婕等人10在极性型丙三醇-氧钛-电流变液中添加适量的十二烷基苯磺酸钠表面活性剂, 改善了基液与颗粒的浸润性, 使电流
24、变液在电场作用下形成的柱状结构更加粗壮致密, 提高了其剪切屈服强度.同时经过 40 h 的静置, 其沉降率稳定在 53%.Wang 等人13和 Qiao 等人14分别通过添加适量的十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠, 减小了颗粒尺寸及改善氧化钛颗粒与基液的浸润性, 并提高了相应的电流变性能.而且, 经过长达 30 d 的静置, 添加十二烷基硫酸钠的氧化钛电流变液未发现任何的沉淀14.1.2 电流变液的宏观性质流体的流变特性是指流体在一定温度和一定剪切应力下表现出的特性.流体分为两大类, 即牛顿流体和非牛顿流体.牛顿流体满足流变公式 (28) (38) (是黏度, (38) 是剪切应力, 是剪切速
25、率) .而非牛顿流体则不满足上述公式 , 对于非牛顿流体而言, 剪切应力与剪切速率之比定义为表观黏度.又根据非牛顿流体的流变特性是否与剪切时间有关, 把非牛顿流体划分为时变性和非时变性非牛顿流体.非时变性非牛顿流体包括宾汉流体、剪切稀化流体和剪切稠化流体.宾汉流体指当剪切应力大于一定值时才会流动的流体, 也称之为塑性流体.当宾汉流体开始流动时, 其流动性就和牛顿流体一致.剪切稀化流体是指在受到剪切时剪切应力随着剪切速率的增大而减小的流体, 剪切稠化流体反之.在外加电场下, 电流变液同一剪切速率下的剪切应力随电场强度赠大而增大.因此, 同一剪切速率下的黏度 是剪切应力 是剪切速率) 随剪切应力的
26、增大而增大.电流变液体在外加电场的调控下, 它的流动状态和流动属性发生了改变.当电流变效应较强时, 会变成屈服强度很高的材料, 同时黏度较高, 并且可以通过控制外电场的强度而控制材料的屈服强度、黏度及阻尼性质, 当撤去外加电场后它又会恢复原本的状态.电流变液在不受电场作用时呈现出牛顿流体的特性, 但当外加一个电场之后, 就需要用宾汉流体的性质来描述它了15.尽管随着电场强度的增加, 电流变液逐渐由牛顿流体向非牛顿流体转变, 同时存在着由流体特性向固体特性的转变趋势, 但是在宏观上还是表现出“流体”的特征.宾汉流体的流变特性公式为 (d (u) d (t) ) .如图 1 (a) , 在没有电场
27、的情况下, 它的剪切应力和剪切速率成正比, 当外加电场后, 剪切应力要超过一个阈值 0后, 电流变液才会发生流动.所以当剪切应力不够大的时候, 电流变液对外呈现出固体的一些属性.在图 1 (b) 可以看出, 屈服强度随电场的变化呈现二次关系.当外加电场为零时, 电流变液材料的剪切强度小于 1 k Pa.其表观状态看起来像牛奶样的液体, 但随着外加电场的增加, 液体的黏度逐渐变大.在外加电场由零逐步增加的过程中, 电流变液材料的形态也逐渐由液态向固态转化, 其剪切强度随之迅速增加.图 1 剪切强度随剪切速率的变化 (a) 和屈服强度随电场的变化 (b) Figure 1 The diagram
28、of shear stress versus shear rate (a) and yield stress versus electric field strength (b) 下载原图表 1 各种极化的响应时间 Table 1 Response time of kinds of polarization 下载原表 1.3 电流变液的微观原理电流变效应的大致过程11:电场作用下分散相粒子发生极化, 形成偶极子现象.带偶极矩的粒子产生定向排列, 使粒子从无序到有序, 成链或成柱结构, 对外呈现电流变效应.电流变液是一种复杂的悬浮液, 其构成十分复杂, 因此导致电流变效应的原因也较为复杂.但是绝
29、大多数的科研工作者都认为电流变效应产生的原因是来自于极化.表 1 是几种极化类型.不难发现, 电子和离子极化是一种快速极化过程, 其时间在 1010s 之间, 而偶极子转向极化和双电层极化是一种慢极化过程, 其时间在 1010s 之间.实验证明, 在高频电场下只发生电子极化和离子极化, 电流变效应非常微弱.但在低频和直流电场作用下, 由于各种极化同时发生作用, 电流变效应明显增强, 这是由于在低频率下各极化都能随电场的变化发生响应, 而对极化做出贡献.同时, 实验数据表明低频时电流变效应远高于高频时, 这说明偶极子转向极化和双电层极化是产生电流变效应的主要原因.() 纤维理论.纤维理论16是由
30、 Winslow17在 1949 年提出.该理论认为, 原本无序的颗粒在电场的作用下会定向有序地排列形成纤维结构.该理论的基础是基于颗粒之间的相互作用力, 但是这种作用力远低于实验中的测量值, 所以该理论不能很好地解释电流变效应.() “水桥”理论.“水桥”理论由 Stangroom18在 1983 提出.首先介绍“水桥”现象, 当给两杯加满水的杯子通电后, 慢慢把两个杯子分开, 两个杯子之间溢出的水不会由于重力作用向下流下, 而是在两个杯子之间形成一个“水桥”.“水桥”理论认为, 对于含水的电流变液来说, 电流变效应产生的原因主要是由于基础液里的水分子之间的相互作用.当有外加电场时, 原本在
31、颗粒空隙中自由流动的离子向空隙的两端运动.而在这些离子周围就汇聚了许多水分子, 离子与离子之间聚集的水分子就产生类似于“水桥”的结构, 而正是这种“水桥”结构促使悬浮在液体中的小颗粒产生了紧密的联系.当外加电场移除后, 原本聚集的水分子又快速散开, 电流变效应随之消失.但是这种理论有个致命缺点就是完全没有办法解释疏水性半导体颗粒作为分散相的电流变液的电流变效应.() 双电层极化理论.双电层极化理论由 Klass19在 1967 年提出.在电流变悬浮液中, 由于大量的固体粒子和连续相基础液相接触, 在它们接触的表面上会带上电荷, 从而形成带电粒子.带电的固体粒子吸引基础液中的异性离子, 排斥同性
32、离子.使同性离子远离颗粒在基础液中扩散, 而异性离子则会聚集在颗粒周围.因此, 在粒子的表面形成双电层.在没有加外电场时, 这个双电层会均匀地分布在颗粒的表面.当有外电场时, 原本均匀分布的双电层开始发生变化.颗粒上吸附的反离子在电场的作用下发生定向偏移, 产生类似于离子的位移极化, 形成具有偶极子形式的结构, 而这类似于偶极子的结构在电场作用下开始定向移动, 有序排列.() 介电理论.在电流变液机理的研究过程中, 早期的双层理论和水桥理论在一定程度上解释了含水电流变液的机理.但是 1985 年 Block 和 Kelly20制备出无水的电流变液, 上述理论就不能很好地解释了.介电理论21认为
33、由于分散相颗粒具有较大的介电常数, 正负电荷分布不均匀, 在强电场作用下发生诱导极化, 如图 2 所示, 正电荷向负电极一方移动而负电荷向正电极一方移动, 形成偶极子, 相邻偶极子之间由于静电力相互吸引形成链状结构, 随着电场的增大链状结构变成柱状结构, 对外呈现出较强的屈服强度.在电场下极化后的颗粒间的力学关系可以用电偶极子来近似描述, 颗粒间的极化强度和电场方向上相邻颗粒间吸引力为式中 是分散相颗粒与连续相液体之间的介电适配因子, R 是颗粒的半径, D 是相邻颗粒间的球心距离 分别是颗粒、液体和真空的介电常数.Ma 等人22运用第一性原理计算出介电型电流变液屈服强度的理论极限大约为10
34、k Pa, 而张玉苓和陆坤权23在实验中制备出的介电型电流变液最高屈服强度达到 5 k Pa.() 极性分子的取向和成键模型.2007 年陆坤权研究小组4用 Ti-O, Ca-Ti-O, Sr-Ti-O 纳米颗粒制备出的电流变液其屈服强度超过 200 k Pa, 并建立了极性分子的取向和成键模型来解释这一特殊的电流变现象 (图 3) : (1) 屈服强度远远超过介电理论理论值; (2) 屈服强度与电场强度呈线性关系.当外加电场 E 足够强时, 分散相颗粒会发生极化, 极化颗粒之间产生吸引力而相互靠近.而在相邻颗粒间出现强度远大于外加电场 E 的局部电场 Eloc, 超强的局部电场可以使颗粒间的
35、极性分子发生取向.当极性分子发生取向后, 会产生 2种作用力.(1) 发生取向的极性分子和颗粒上极化电荷的相互作用力为式中, e 是电子电荷 是极性分子和颗粒上极化电荷中心距是极性分子偶极矩 分别是真空介电常数和液体介电常数.(2) 极性分子间的相互作用力为图 3 (网络版彩色) 极性分子在局部电场下取向4Figure 3 (Color online) Schematic illustration of the polar-molecule alignment by external electric field4 下载原图式中, d m-m是极性分子中心距.在通常情况下 fm-e远大于 fm
36、-m.所以可以认为发生取向的极性分子和极化电荷之间的相互作用力是极性分子型电流变液电流变效应的主要原因.而最终单位面积垂直于电场的极化电荷和极性分子间的作用力大小为式中, m是极性分子的吸附密度, 是体积分数, N 是取向极性分子数, r 是颗粒半径, d 是极性分子尺寸.从式 (5) 可以得出以下结论:屈服应力与电场呈线性关系;粒径和屈服应力呈反比关系;减小极性分子尺寸或增大极性分子的偶极矩, 可以增强屈服强度.当然除了以上的几种电流变模型, 还有温维佳研究小组2提出的饱和极化模型, 在下文中将进行详细阐述.1.4 电流变液的应用简介电流变效应具有快速响应且可逆的特点6,24, 通过电场很容
37、易地控制电流变液的流变特性.因此, 电流变液在汽车工业、船舶工业、润滑油和生物医学等方面都有着极为广阔的市场前景.在汽车工业中利用电流变液流变性能的改变, 可以快速有效地选择不同输出轴以实现多种转速, 代替原有的电-机械转换元器件.也可以通过电流变液的液相-固相转变控制液体阀回路的通断.还可以利用不同电场下电流变液黏度不同的特点控制润滑液的流动状态和润滑效果, 在此基础上配备电子控制设备即可实现智能润滑.以下是电流变液的几个实用案例.() 电流变减震器.通过调节电流变液体的黏度, 可以实现减震液阻尼力的无级调控.因此基于电流变液的减震器可以主动智能调控, 并可通过调节阻尼来改变固有频率避免产生
38、共振.同时, 针对不同的路面情况, 这种减震器智能地调整减震效果, 使其减震效果优于目前常用的弹簧减震器.图 4 所示是电流变减震器, 上端连接车身, 下端连接车轴.电流变液在上下腔之间的流动产生阻尼.阻尼大小通过外加电场电压值来调控25.汽车减震系统是用来降低或是吸收由于路面的凹凸不平所引起的振动或冲击, 以满足行驶过程中最大限度的安全性与舒适性.传统的减震器由机械弹簧或者油压差来实现, 这种减震方法一般称为被动减振系统.被动减震系统对一个较大的瞬间振动的减振效果是很有限的.除此之外, 由于机械传动的原因, 被动减震系统的减震响应速度也比较慢.而电流变液材料的黏度可由电场强弱线性快速控制,
39、故电流变液可以取代一般的油压被动减震系统而变成一种主动减震系统.所谓主动减震是指由一些外部感应器组成的控制反馈系统来确定和实施减震的程度, 而这种减震程度控制实际上只需要变换加在电流变液的电压和一个反馈控制系统来完成.比如说火箭反射推动系统的减震.由于一般反射装置的后座力是一固定的模式 (当然每一种发射其模式是不一样的) , 完全可以精确地模拟出发射过程中的后退力/时间曲线, 用电场强度拟合这一曲线以期达到调控电流变液的强度, 从而可以十分精确地、主动地达到减震之目的.此外, 主动减震器也为军事工业带来了革命.比如火炮发射的平衡系统、坦克发动机的减震系统、飞机超音速下的声频震动以及高静音潜水艇
40、等诸多领域都是这类新型主动减震器的大用户.而这种减震是其他任何被动式减震器无法实现的.当然对于越野运输工具, 由于地面的复杂性, 其控制电路略为复杂些, 但其减震效果亦同样可以实现.与传统的机械减震器相比, 它更具有设计简化、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.图 4 电流变减震器 Figure 4 Electrorheological damper 下载原图() 电流变离合器.通过调节电流变液外加电场可以在一定范围内连续调控剪切应力大小, 实现对转矩、转速的连续调控.图 5 是两种电流变离合器.在不加外加电压时, 电流变液的基础黏度很低, 圆筒 (圆盘) 转动
41、时相互的影响十分微弱, 几乎没有扭矩的传输.但当外加一个电压之后, 电流变液的黏度会急剧上升.主动转动的圆筒 (圆盘) 通过扭矩传输带动被动圆筒 (圆盘) 的转动, 达到对转速和扭矩的快速智能的控制.() 电流变超精细研磨加工技术.随着超精密元件的快速发展, 对加工精度和尺寸精度的要求越来越高, 原本的工艺已不能满足新的需要.利用电流变液制作新型的微细砂轮可以很好地满足超精密元件的精度要求.通过将极性的微细磨料加入电流变液, 当有外加电场时, 这些微细磨料就会固定在纤维状链中, 形成一个微型砂轮.图 5 电流变离合器. (a) 同轴圆柱体结构; (b) 平行盘结构 Figure 5 Electrorheological clutch. (a) Coaxial cylinder structure; (b) parallel plate structure 下载原图图 6 是电流变效应微型砂轮的工作原理图, 将刀具连接阴极, 工件连接阳极, 电流变液颗粒和微细磨料颗粒就会在电场方向排列.电力线越密集, 颗粒聚集程度也就越高, 所以在刀尖附近形成一个微型的砂轮.当刀具发生转动的时候, 砂轮也随之转动, 开始超精细研磨加工.当然在加工过程中要保持由电流变液颗粒和微细磨料颗粒组成的纤维链结构不断裂, 所以刀具的转速要严格地控制在一
