Электрореологические жидкости: состав, структура, свойства тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, доктор наук Кузнецов Никита Михайлович

• Кузнецов Никита Михайлович
• доктор наук
• 2024

Оглавление диссертации доктор наук Кузнецов Никита Михайлович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВНИЙ

Механизмы электрореологического эффекта

Реологические модели

Физические основы электрореологического эффекта

Экспериментальные методы исследований, режимы измерений

Факторы, влияющие на электрореологический эффект

Дисперсионная среда

Активаторы

Седиментационная устойчивость

Температура

Наполнитель - главный компонент электрореологической жидкости

Неорганические наполнители, эффект формы

Алюмосиликатные наполнители

Углеродные наполнители

Полимерные наполнители

Полианилин

Природные полимеры

Области применения электрореологического эффекта

Выводы из литературного обзора

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Наполнители

Дисперсионные среды

Получение образцов суспензий

Детонационные наноалмазы

Галлуазит

Монтмориллонит

а-Хитин

Хитозан

Методы исследования

Атомно-силовая микроскопия

Гель-проникающая хроматография

Диэлектрическая спектроскопия

Инфракрасная спектроскопия

Квантово-химические расчёты

Кондуктометрическое титрование

Оптическая микроскопия

Оценка седиментационной устойчивости

Просвечивающая электронная микроскопия

Растровая электронная микроскопия

Рентгеноструктурный анализ в больших и малых углах

Реология

Спектрофотометрия

Титрование по Карлу Фишеру

Ядерный магнитный резонанс

ГЛАВА 3. ЭЛЕКТРОРЕОЛОГИЧЕСКИЕ ЖИДКОСТИ, НАПОЛНЕННЫЕ НАНОАЛМАЗАМИ

ДЕТОНАЦИОННОГО СИНТЕЗА

Структура и состав функционализированных детонационных наноалмазов

Особенности структурной организации частиц детонационных наноалмазов в воде и их

теоретическое обоснование

Суспензии функционализированных детонационных наноалмазов в диэлектрических

средах

Электрореологические жидкости на основе полидиметилсилоксана

Электрореологические жидкости на основе минерального масла

Электрофизические свойства суспензий детонационных наноалмазов в диэлектрических

средах

Заключение главы

ГЛАВА 4. ЭЛЕКТРОРЕОЛОГИЧЕСКИЕ ЖИДКОСТИ, НАПОЛНЕННЫЕ

АЛЮМОСИЛИКАТАМИ

Морфология, структура и состав монтмориллонита и галлуазита

Суспензии модифицированных монтмориллонитов и галлуазита в

полидиметилсилоксане, влияние вязкости дисперсионной среды

Структурная организация алюмосиликатных наполнителей в суспензии

Суспензии Cloisite 30B в электрическом поле

Суспензии Na.nO/l SE3010 в электрическом поле

Суспензии Cloisite Ыа+ в электрическом поле

Суспензии различных модифицированных монтмориллонитов под действием сдвиговых напряжений

Структурная модель

Заключение главы

ГЛАВА 5. ЭЛЕКТРОРЕОЛОГИЧЕСКИЕ ЖИДКОСТИ, НАПОЛНЕННЫЕ

ПОЛИСАХАРИДНЫМИ ЧАСТИЦАМИ

Суспензии а-хитина в полидиметилсилоксане

Морфология, структура и состав частиц а-хитина

Реологическое поведение суспензий а-хитина

Электрофизические свойства суспензий а-хитина

Суспензии высокопористых частиц хитозана в полидиметилсилоксане

Морфология, структура и состав высокопористых частиц хитозана

Реологическое поведение суспензий высокопористых частиц хитозана, влияние

природы дисперсионной среды и температуры

Структурная организация суспензий высокопористых частиц хитозана

Электрофизические свойства суспензий высокопористых частиц хитозана в

различных дисперсионных средах

Заключение главы

ГЛАВА 6. ЭЛЕКТРОРЕОЛОГИЧЕСКИЕ ЖИДКОСТИ, НАПОЛНЕННЫЕ

КОМПОЗИЦИОННЫМИ ЧАСТИЦАМИ ХИТОЗАНА

Суспензии композиционных частиц хитозана с целлюлозой и серебром в

полидиметилсилоксане

Морфология, структура и состав композиционных частиц хитозана с целлюлозой

и серебром

Реологическое поведение суспензий композиционных частиц хитозана с

целлюлозой и серебром

Электрофизические свойства суспензий композиционных частиц хитозана с

целлюлозой и серебром

Заключение главы

ОЦЕНКА ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ЭКОНОМИЧЕСКОЙ

ПРИВЛЕКАТЕЛЬНОСТИ ИССЛЕДОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

СПИСОК ДОКЛАДОВ НА ВСЕРОССИЙСКИХ И МЕЖДУНАРОДНЫХ КОНФЕРЕНЦИЯХ.272 СПИСОК ИЛЛЮСТРАТИВНОГО МАТЕРИАЛА

Рисунки

Таблицы

Формулы

ПРИЛОЖЕНИЯ

Таблица П1

Таблица П2

Таблица П3

Таблица П4

Таблица П5

Таблица П6

Рисунок П7

Рисунок П8

Рисунок П9

Рисунок П10

Таблица П11

Рисунок П12

Рисунок П13

Рисунок П14

Таблица П15

Рисунок П16

Рисунок П17

Рисунок П18

Рисунок П19

Рисунок П20

Таблица П21

Рисунок П22

Рисунок П23

Таблица П24

Рисунок П25

Рисунок П26

Рисунок П27

Таблица П28

Рисунок П29

БЛАГОДАРНОСТИ

navza pet xai oi>5ev ¡лevei Всё течёт и ничто не остаётся на месте.

Гераклит из Эфеса

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Электрореологические жидкости: состав, структура, свойства»

Актуальность темы.

Актуальной задачей развития современной науки и техники становится разработка и внедрение принципиально новых, природоподобных технологий для восстановления баланса между природой и антропогенным воздействием. Такой подход требует применения и разработки нового типа материалов, имитирующих природные процессы. В данном контексте большой интерес связан с так называемыми «умными» или стимул-чувствительными материалами, которые способны контролируемо и обратимо изменять свои свойства при определенном внешнем воздействии (стимуле), например, температурном, световом, изменении pH среды, действии электрического или магнитного поля. Электроактивые материалы представляют особый интерес в виду быстрого отклика на прикладываемый стимул, высокой чувствительности и большого числа практических применений, в том числе в качестве сенсоров, актуаторов и приводов в подводных плавательных аппаратах, гибких роботах, медицине, при создании биомиметических конструкций. К таким материалам относятся ионные полимер-металлические композиты и гели, электрострикционные полимеры, жидкокристаллические эластомеры, полимерные электреты, проводящие и диэлектрические электроактивные материалы и др. Электрореологические жидкости также являются одним из таких современных материалов за счёт восприимчивости реологического поведения к электрическому полю: наблюдается переход от вязкого поведения к упругому. Электрореологические жидкости имеют ряд потенциальных применений в системах демпфирования и сцепления, твердотельной и мягкой робототехнике, микрофлюидных чипах, датчиках тактильного отклика и медицинских сенсорах и др. Одним из ключевых компонентов электрореологических жидкостей является наполнитель. Поэтому поиск и разработка новых наполнителей, проявляющих гигантскую электрореологическую активность, а также выявление взаимосвязи изменения реологического поведения со структурными и электрофизическими характеристиками материала является актуальной научной задачей.

Создание новых стимул-чувствительных материалов (электрореологических жидкостей) возможно только при выявлении фундаментальных закономерностей «структура-свойства», поэтому необходимым является применение комплексного подхода для исследования и анализа свойств суспензий, наполненных частицами различной морфологии с заданным химическим

составом. Разработка новых низкоконцентрированных жидкостей, обладающих термической стабильностью и высокой седиментационной устойчивостью, а также проявляющих контрастное изменение свойств и стабильность отклика на внешний стимул, позволит расширить область применения таких материалов и создавать устройства, функционирующие на новых принципах, что также является актуальным вектором развития современного материаловедения.

Использование принципиально новых, в том числе полимерных наполнителей, обладающих уникальной структурой, контролируемой организацией в жидких средах и регулируемыми электрофизическими характеристиками, открывает широкие возможности для изменения структуры и модификации свойств частиц, что позволит регулировать эксплуатационные характеристики жидкостей исходя из практических задач. Применение природного сырья позволит создать полностью экологически безопасные материалы, которые поспособствуют восстановлению баланса между техно- и биосферой, что в конечном счёте и является ключевой задачей природоподобных технологий.

Степень разработанности темы.

Несмотря на то, что электрореологический эффект обнаружен относительно давно -в 40-х годах прошлого века, на момент постановки диссертационной работы комплексных исследований для создания подходов к направленному регулированию свойств жидкостей проведено недостаточно. В процессе развития электрореологии как науки были предложены теоретические основы электрореологического эффекта, выявлена функциональная активность наполнителей различной природы, как неорганической, так и полимерной, разработаны реологические модели, описывающие поведение жидкостей в широком диапазоне скоростей сдвига и напряжённости электрического поля, для отдельных типов наполнителей исследованы влияние формы и размера частиц на электрореологический отклик их суспензий, показана роль модификации поверхности наполнителя для регулирования электрофизических характеристик частиц и, соответственно, электрореологического эффекта. Таким образом, на момент начала диссертационной работы были созданы основные предпосылки для анализа роли различных факторов в поведении электрореологических жидкостей. Однако, систематического исследования влияния надмолекулярной структуры наполнителей различного состава, химической природы их поверхности, а также природы дисперсионной среды на электрофизические (проводимость, диэлектрическая проницаемость) и реологические свойства (вязкость, предел текучести, линейный диапазон вязкоупругости, модули накоплений и потерь) жидкостей, а также особенности структурирования как без, так и под действием внешнего стимула, не проводилось.

Диссертационная работа выполнена в Национальном исследовательском центре «Курчатовский институт». Разработка подходов к получению коллоидных систем

чувствительных к внешнему стимулу и исследование их свойств, изложенные в данной работе, выполнены в рамках тематических планов и Госзадания НИЦ «Курчатовский институт», а также научно-исследовательских проектов, профинансированных грантами Российского фонда фундаментальных исследований (18-03-00078, 18-29-19117, 19-33-70023), Министерством науки и высшего образования Российской Федерации (МК-3088.2021.1.3) и Российского научного фонда (20-73-00205).

Цель и задачи.

Основной целью работы является разработка подходов к созданию новых электрочувствительных материалов, в частности электрореологических жидкостей с заранее заданными, управляемыми свойствами, такими как седиментационная устойчивость, контрастность перехода от вязкого поведения к упругому, величина предела текучести, вязкости, модулей накопления и потерь, на основе наполнителей различной химической природы и формы. Представление об эффективности регулирования структуры и свойств наполнителей для изменения параметров электрореологических жидкостей может дать только комплексное исследование материалов, с привлечением реологических, структурных и электрофизических методов. Поэтому для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- выявить фундаментальную взаимосвязь между химическим строением, надмолекулярной структурой микро- и наночастиц различной природы и свойствами новых низкоконцентрированных электрореологических жидкостей;

- получить электрореологические жидкости с низкой концентрацией наполнителя (различно функционализированными частицами наноалмазов детонационного синтеза, нанотрубками галлуазита, модифицированными монтмориллонитами, нанокристаллами хитина, высокопористыми частицами хитозана и его композиционными частицами с целлюлозой и серебром) в различных дисперсионных средах (полидиметилсилоксана, минерального и оливкового масел);

- разработать методики получения высокопористых композиционных частиц хитозана с наноцеллюлозой и наночастицами серебра путём включения последних в полимерный каркас;

- изучить морфологию и химический состав дисперсной фазы, природу дисперсионной среды, а также выявить изменение состава и структуры наполнителей в процессе модификации или синтеза (экспериментально подтвердить формирование новых, в том числе композиционных, частиц);

- исследовать природу формирования перколяционной сетки наноалмазов детонационного синтеза в суспензиях различной природы при низких концентрациях, составляющих единицы массовых процентов, определить роль химического состава поверхности частиц;

- исследовать реологическое поведение суспензий без и под действием электрического поля (получить кривые течения и вязкости, значения предела текучести, диапазона линейной вязкоупругости, модулей накоплений и потерь), выявить зависимости электрореологического эффекта от типа дисперсионной среды, природы, формы, концентрации и характеристического отношения частиц наполнителя, а также напряжённости электрического поля;

- провести анализ механизма электрореологического эффекта, седиментационной устойчивости жидкостей и возможности циклической работы в режиме последовательного включения/выключения электрического поля (воспроизводимость электрореологического отклика);

- исследовать влияние электрофизических характеристик, их изменение в зависимости от природы и состава наполнителя и температуры, на электрореологическое поведение суспензий;

- выявить связь между структурой наполнителей различной природы (как неорганических, так и полимерных), организацией частиц без и под действием электрического поля в суспензии и электрофизическими характеристиками.

Научная новизна работы.

Разработаны подходы к управлению свойствами электрочувствительных коллоидных систем, сформулированы принципы создания низкоконцентрированных электрореологических жидкостей с контрастным изменением свойств под действием внешнего стимула. Установлены основные закономерности электрореологического эффекта суспензий на основе дисперсионных сред и наполнителей различной природы. Впервые показана эффективность наноразмерных наполнителей, склонных к формированию фрактальных структур, а также высокопористых полимерных частиц для применения в качестве наполнителей электрореологических жидкостей.

Впервые в качестве дисперсной фазы использовали диэлектрические углеродные наночастицы (наноалмазы). Также впервые рассмотрена роль размера частиц и химической природы функциональных групп на поверхности на структурную организацию наноалмазов детонационного синтеза в различных средах и реологическое поведение суспензий под действием электрического поля.

Выявлена роль типа модификации частиц слоистых алюмосиликатов на процессы их структурной организации в жидкой диэлектрической среде. Проведение in situ рентгеноструктурных экспериментов как без и под действием электрического поля и сдвиговых напряжений позволили получить комплексное представление о поведении частиц в различных условиях и предложить структурную модель коллоидной системы.

Предложен новый подход к повышению электрореологического отклика и седиментационной устойчивости жидкостей за счёт изменения структуры частиц полимерных наполнителей, которые представляют особенный интерес: гибкость полимерной цепи,

формирование надмолекулярных структур, а также присутствие функциональных групп в молекулах открывают возможности для создания частиц с направленно-измененной морфологией. Пористые полимерные частицы являются многообещающим наполнителем для создания стимул-чувствительных материалов с заданными свойствами. Варьирование морфологии, размеров и характеристического отношения частиц приводит к соответствующему изменению седиментационной устойчивости, поляризуемости, а также структурирования наполнителя в суспензии, что находит своё отражение и в электрореологическом поведении образцов: использование частиц с высоким характеристическим отношением, а также формирование разветвленной пористой структуры в частицах определяет процесс формирования протяженной дисперсной фазы в суспензии.

Присутствие функциональных групп в макромолекулах открывают возможности для изменения их структуры и модификации за счёт проведения химических реакций, изменения природы дисперсионной среды, введения поверхностно-активных веществ или добавок и др. Включение в полимерную матрицу частиц другой химической природы или состава позволил получить композиционный материал с новыми, синергетическими свойствами. Наличие у хитозана концевых альдегидных групп обуславливает возможность восстанавления ионов серебра из растворов его солей in situ, что позволило впервые получить высокопористый композиционный наполнитель, допированный металлическими наночастицами. Присутствие допанта в полимерной частице приводит к изменению значений проводимости и диэлектрической проницаемости, что находит своё отражение и в электрореологическом поведении образцов. Возможность применения композиционных частиц хитозана с целлюлозой и серебром в качестве наполнителей для электрореологических жидкостей также рассмотрена впервые.

Результаты, полученные в рамках представленной работы, расширяют представления о стабильности коллоидных растворов, природе взаимодействия наночастиц в неполярных средах, а также механизме электрореологического эффекта в суспензиях, наполненных частицами различной природы, морфологии и функционализации поверхности.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Использование комплексного подхода, сочетающего реологические, электрофизические и структурные методы анализа для исследования свойств и определения характеристик микро- и наночастиц наполнителей различной природы и материалов на их основе позволили выявить закономерности электрореологического отклика жидкостей от различных параметров и расширить представления о механизме электрореологического эффекта для разработки материалов с заранее заданными свойствами. В результате работы получены новые электрореологические жидкости с низкой концентрацией дисперсной фазы и регулируемыми

свойствами для потенциального применения в качестве рабочего тела демпферов, заслонок, в элементах движения и сенсорики мягкой и твердотельной робототехники, тактильных датчиках и высокочувствительных экспресс-сенсорах нового поколения, в том числе медицинского назначения.

Собственное практическое значение имеют результаты математического моделирования структурной организации частиц наноалмазов, что вносит развитие в теорию ДЛФО для несферических частиц, а также измерительные ячейки, сконструированные в процессе подготовки настоящей работы: для исследования процессов структурной организации частиц наполнителя и их реорганизации под действием внешнего стимула (электрического поля и сдвиговых напряжений) методом оптической микроскопии (микроуровень) и рентгеновского рассеяния в больших и малых углах (наноуровень).

Методология и методы диссертационного исследования.

Методология работы заключается в разработке теоретически обоснованного подхода к управлению свойствами низкоконцентрированных электрореологических жидкостей. Данный подход связан с систематическим анализом морфологии, состава и физико-химических свойств микро- и наноструктур различной природы, способных к образованию протяженных макроструктур в жидкой диэлектрической среде под действием электрического поля. Для решения поставленных задач использован широкий спектр современных физико-химических методов исследования, в том числе реометрии, рентгеноструктурного анализа в больших и малых углах, оптической, атомно-силовой и электронной микроскопии, инфракрасной и диэлектрической спектроскопии, молекулярного моделирования и др.

Положения, выносимые на защиту.

1) Подход к управлению реологическим поведением низкоконцентрированных электрореологических жидкостей с контрастным изменением свойств под действием внешнего стимула, связанный с регулированием морфологии, структурной организации и электрофизических характеристик наполнителя в суспензии.

2) Функционализация наноалмазов детонационного синтеза определяет их структурную организацию как в полярных, так и диэлектрических жидких средах, а также качественное поведение под действием электрического поля: гидрированные частицы формируют разветвлённые фрактальные структуры и проявляют электрореологический эффект - в электрическом поле статический предел текучести суспензий достигает 90 Па при концентрации 4 масс.%, а карбоксилированные частицы формируют более компактные кластеры и под действием электрического поля проявляют электрофорез.

3) Электрореологический отклик суспензий гидрированных наноалмазов детонационного синтеза зависит от размера индивидуальных частиц и определяется фрактальной размерностью формируемой структуры, обусловленной дефектностью огранки частиц.

4) Электрореологический эффект суспензий, наполненных частицами слоистых алюмосиликатов с высоким характеристическим отношением, определяется структурной организацией наполнителя под действием электрического поля и химической природой модификатора. Статический предел текучести суспензий изменяется до 160 Па при напряженности электрического поля до 7 кВ/мм и концентрации 8 масс.%.

5) Высокоанизометричные наночастицы a-хитина являются эффективным наполнителем для низкоконцентрированных электрореологических жидкостей: в электрическом поле суспензии проявляют контрастный переход от вязкого поведения к упругому при содержании наполнителя менее 1 масс.%, статический предел текучести достигает 220 Па.

6) Сочетание двух подходов, а именно формирование локальной перколяционной сетки в суспензии за счёт разветвленной структуры высокопористого хитозана с одной стороны и регулирование его электрофизических характеристик путём формирования композиционных частиц с другой, позволяет направленно контролировать относительную эффективность материала и контрастность изменения реологического поведения под действием электрического поля. Статический предел текучести жидкостей достигает 540 Па при концентрации дисперсной фазы 1 масс.%.

Личный вклад соискателя является основным на всех этапах работы и включает формулировку научной проблемы, постановку цели и задач, выбор путей и методов их решения, выполнение основной части экспериментальных работ, научное руководство проводимыми исследованиями, обработку, анализ и обобщение полученных результатов.

Степень достоверности полученных результатов и выводов обеспечивается использованием в работе комплекса современных физических и физико-химических методов исследования, воспроизводимостью и согласованностью данных, регистрируемых с помощью независимых методов, а также применением устоявшихся в мировой научной практике методик и теоретических положений при анализе и интерпретации результатов.

Апробация работы.

Результаты работы были представлены на 24 международных, всероссийских и национальных конференциях, конгрессах, форумах и симпозиумах.

Публикации.

Соискатель является соавтором 99 публикаций, в том числе по теме диссертации 62 работ, из них 20 статей, опубликованных в рецензируемых научных изданиях, индексируемых в российских и международных базах данных (РИНЦ, Web of Science, Scopus) и рекомендованных

Высшей аттестационной комиссией Министерства науки и высшего образования Российской Федерации для опубликования основных научных результатов диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук.

Объём и структура работы.

Диссертационная работа состоит из введения; шести глав, включающих анализ современного состояния исследований, экспериментальную часть и обсуждение результатов в четырёх главах; оценки относительной эффективности и экономической привлекательности исследованных материалов; заключения и выводов; списка сокращений и условных обозначений; списка цитируемой литературы; списка публикаций по материалам диссертации; списка докладов на всероссийских и международных конференциях; списка иллюстративных материалов и приложений. Диссертация изложена на 335 страницах текста, содержит 85 рисунков, 15 таблиц, 619 источников литературы и 29 приложений.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВНИЙ

Область «умных» (smart) или стимул-чувствительных (stimuli-responsive) материалов привлекает внимание исследователей в различных отраслях науки и технологий на протяжении нескольких последних десятилетий. Материалы называют «умными» за счёт их способности обратимо изменять свои свойства под действием внешнего стимула, например светового, механического, температурного, действия электрического или магнитного поля, изменении pH среды и. т. д. [1]. В середине XX века американский изобретатель Уиллис Уинслоу (Willis Winslow) обнаружил необычное свойство возрастания вязкости дисперсных систем под действием электрического поля [2,3]. Это явление называется электрореологическим (ЭР) эффектом, а суспензии легко-поляризуемых частиц в жидкой диэлектрической среде электрореологическими жидкостями (ЭРЖ). Жидкости считаются «умными» поскольку их реологическое поведение, а, следовательно, и физико-механические свойства можно быстро, обратимо и, что самое важное, контролируемо изменять путём приложения электрического поля [4,5]. Так при приложении стимула практически мгновенно изменяются значения вязкости, предела текучести, модулей накопления и потерь и др. за счёт внутреннего изменения структуры. При снятии потенциала свойства суспензий быстро возвращаются к исходным. В состав ЭРЖ обычно входят несколько компонентов. В основном можно выделить два из них - это диэлектрическая непроводящая жидкость (дисперсионная среда) и наполнитель, чувствительный к электрическому полю, то есть способный к поляризации (дисперсная фаза). В качестве дополнительных компонентов в составе могут присутствовать различные добавки, например, поверхностно-активные вещества (ПАВ), усиливающие ЭР отклик материала или повышающие седиментационную устойчивость суспензий. Развитие электрореологии неразрывно связано с такими учёными как D. L. Klass, T. W. Martinek [6,7], H. Block, J. P Kelly [4], D. J. Klingenberg [8], S. G. Mason [9-11], а позднее L. C. Davis [12,13], T. Hao [14,15], W. Wen [16,17] и др. На территории СССР активно развивали тематику Ю. Ф. Дейнега, Г. В. Виноградов [18-20], З. П. Шульман [21,22], Л. Г. Гиндин, А. Е. Вольпян [23,24] и др. В 1972 была опубликована первая в мире книга по электрореологии [25] под редакцией академика А. В. Лыкова: «Электрореологический эффект» [26], а одноименный термин прочно вошел в мировой научный ландшафт. В этот период были заложены теоретические основы ЭР эффекта, определены перспективные направления исследований и предложены первые практические применения материалов.

T. Hao систематизировал ЭРЖ по типу отклика на внешний стимул, как проявляющие положительным, отрицательным и фото ЭР эффектом [14]. В случае положительного эффекта суспензии переходят из жидкого состояния в упругое (твёрдое), то есть возрастает вязкость,

модуль упругости, появляется (или возрастают значения) предел текучести, для отрицательного эффекта наблюдаются противоположные тенденции [27-30]. В свою очередь, для фото ЭР эффекта характерна интенсификация отклика (положительного или отрицательного) при световом воздействии на материал, что встречается для фото-активных наполнителей [31,32]. Интересно отметить, что существует отдельный класс фотореологических жидкостей, проявляющих изменения реологического поведения исключительно за счёт УФ облучения. Реологическое поведение материала регулируется изменением конформации полимерных мицелл в дисперсии. Преимуществом таких жидкостей является их существенная седиментационная устойчивость по сравнению с классическими суспензиями. Однако достигаемые изменения вязкости менее контрастны по сравнению с ЭРЖ, что ограничивает область потенциального применения фотореологических жидкостей [33,34]. Аналогично фото ЭР эффекту известны жидкости с дуалистичным откликом на действие электрического и магнитного полей [35,36]. Такой эффект может быть достигнут за счёт добавки магниточувствительных компонентов в наполнитель. К сожалению, число подобных исследований на сегодняшний день составляет единичное количество [37-40].

В обзоре Г Hao предложена систематизация ЭРЖ по компонентам актуальная в то время [15]. Сегодня эта классификация может быть существенно расширена (Рис. 1). ЭРЖ содержащие жидкую дисперсную фазу не получили широкого распространения в виду проблем с гомогенностью и низким ЭР откликом. Поэтому внимание исследователей преимущественно сфокусировано на жидкостях с твёрдой дисперсной фазой, которая является наиболее вариативным компонентом на сегодняшний день. Известно большое число наполнителей различной природы: неорганические, которые можно разделить на кислородсодержащие

Рисунок 1. Дорожная карта ЭРЖ. Адаптировано из обзора Нао et я!. [15]

(оксиды), глины, углеродные и др.; органические и полимерные; а также композиционные. Эффективность наполнителей различной природы будет подробно обсуждена ниже.

Ю. Ф. Дейнега и Г. В. Виноградов провели систематизацию электрокинетических явлений, которые можно наблюдать в дисперсных системах на основе углеводородных сред (Рис. 2) [20]. При наличии заряда на поверхности дисперсной фазы (природа появления заряда может быть различна) под действием электрического поля в разбавленных системах в зависимости от знака заряда (отрицательного или положительного) наблюдается анафорез или катафорез, то есть осаждение частиц на аноде или катоде, соответственно (Рис. 2а,г). В концентрированных дисперсиях наблюдается синерезис: осаждение структурированной дисперсной фазы на одном из электродов и разделение дисперсионной среды около противоположного электрода (Рис. 2д,з). Понижение заряда до изоэлектрической точки приводит к осаждению незаряженной дисперсной фазы на обоих электродах, вероятно, из-за неоднородности поля, вызванной объемным зарядом, то есть происходит двойной электрофорез

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Кузнецов Никита Михайлович, 2024 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Wei Z.G., Sandstrom R., Miyazaki S. Shape-memory materials and hybrid composites for smart systems - Part I Shape-memory materials // J. Mater. Sci. 1998. Vol. 33, № 15. P. 3743-3762.

2. Winslow W.M. Method and means for translating electrical impulses into mechanical force: pat. 2417850. USA, 1947. P. 1-6.

3. Winslow W.M. Induced Fibration of Suspensions // J. Appl. Phys. 1949. Vol. 20. P. 1137-1140.

4. Block H., Kelly J.P. Electro-rheology // J. Phys. D Appl. Phys. 1988. Vol. 21. P. 1661-1677.

5. Lan Y. et al. The dependence of particle permittivity on the shear stress of electrorheological fluids // Appl. Phys. Lett. 1998. Vol. 72, № 6. P. 653-655.

6. Klass D.L., Martinek T.W. Electroviscous fluids. I. Rheological properties // J. Appl. Phys. 1967. Vol. 38, № 1. P. 67-74.

7. Klass D.L., Martinek T.W. Electroviscous fluids. II. Electrical properties // J. Appl. Phys. 1967. Vol. 38, № 1. P. 75-80.

8. Parthasarathy M., Klingenberg D.J. Electrorheology: Mechanisms and models // Mater. Sci. Eng. R Reports. 1996. Vol. 17, № 2. P. 57-103.

9. Allan R.S., Mason S.G. Particle behaviour in shear and electric fields. II. Rigid rods and spherical doublets // Proc. R. Soc. A Math. Phys. Eng. Sci. 1962. Vol. 267, № 1328. P. 62-76.

10. Chaitey C.E., Mason S.G. Particle behavior in shear and electric fields: IV. The viscosity of suspensions of nonrotating ellipsoids // J. Colloid Sci. 1965. Vol. 20. P. 330-340.

11. Arp P.A., Mason S.G. Chains of spheres in shear and electric fields // Colloid Polym. Sci. 1977. Vol. 255. P. 1165-1173.

12. Davis L.C. Polarization forces and conductivity effects in electrorheological fluids // J. Appl. Phys. 1992. Vol. 72, № 4. P. 1334-1340.

13. Davis L.C. Time-dependent and nonlinear effects in electrorheological fluids // J. Appl. Phys. 1997. Vol. 81, № 4. P. 1985-1991.

14. Hao T. Electrorheological fluids // Adv. Mater. 2001. Vol. 13, № 24. P. 1847-1857.

15. Hao T. Electrorheological suspensions // Adv. Colloid Interface Sci. 2002. Vol. 97, № 1-3. P. 135.

16. Ma H. et al. Frequency dependent electrorheological properties: Origin and bounds. // Phys. Rev. Lett. 1996. Vol. 77, № 12. P. 2499-2502.

17. Wen W. et al. The giant electrorheological effect in suspensions of nanoparticles // Nat. Mater. 2003. Vol. 2, № 11. P. 727-730.

18. Дейнега Ю.Ф., Виноградов Г.В. Влияние сильных электрических полей на структуру неводных пластичных дисперсных систем // Докл. АН СССР. 1962. Т. 143, № 4. С. 898-

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

Дейнега Ю.Ф., Виноградов Г.В. О поведении в электрическом поле и устойчивости неводных пластичных дисперсных систем // Докл. АН СССР. 1963. Т. 151, № 4. С. 879882.

Deinega Y.F., Vinogradov G. V. Electric fields in the rheology of disperse systems // Rheol. Acta. 1984. Vol. 23, № 6. P. 636-651.

Шульман З.П. Электро- и магнитореологические эффекты и их приложения // Новое в реологии полимеров материалы XI Всесоюзного симпозиума по реологии / под ред. Виноградов Г.В., Иванова Л.И. Москва: Отдел научно-технической информации Института нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева АН СССР, 1982. С. 119-136. Шульман З.П., Носов В.М. Вращение непроводящих тел в электрореологических суспензиях / под ред. Мартыненко О.Г. Минск: Наука и техника, 1985. 59 с. Гиндин Л.Г. и др. Исследование структурирования дисперсных систем в электрическом поле. 2. Осциллографирование мостиков из алюминия // Физико-химическая механика дисперсных структур. Сборник статей / под ред. Ребиндер П.А. Москва: Наука, 1966. С. 88-91.

Гиндин Л.Г. и др. Исследование структурирования дисперсных систем в электрическом поле. 1. Микрокиносъемка процессов структурирования суспензий алюминия в бензине // Физико-химическая механика дисперсных структур. Сборник статей / под ред. Ребиндер П.А. Москва: Наука, 1966. С. 83-87.

Korobko E.V., Matsepuro A.D. Electrorheology: From its beginning to the present // J. Eng. Phys. Thermophys. 2010. Vol. 83, № 4. P. 707-714.

Электрореологический эффект / под ред. А.В.Лыков. Минск: Наука и техника, 1972. 176 с. Pavlinek V., Saha P. Rheological behavior of poly(methylmethacrylate) dispersions stabilized by a diblock copolymer. 2. Positive and negative electrorheological effect // Langmuir. 2000. Vol. 16, № 14. P. 1447-1449.

Ramos-Tejada M.M., Arroyo F.J., Delgado A.V. Negative electrorheological behavior in suspensions of inorganic particles // Langmuir. 2010. Vol. 26, № 22. P. 16833-16840. Ko Y.G. et al. Positive and negative electrorheological response of alginate salts dispersed suspensions under electric field // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2013. Vol. 5, № 3. P. 1122-1130. Do T. et al. Design of negative electrorheological materials inspired by electrophoretic separation of biomolecules // J. Mater. Chem. C. 2017. Vol. 5, № 45. P. 11683-11693. Komoda Y., Rao T.N., Fujishima A. Photoelectrorheology of TiO2 nanoparticle suspensions // Langmuir. 1997. Vol. 13, № 6. P. 1371-1373.

Yoon C.M. et al. Smart fluid system dually responsive to light and electric fields: An

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

electrophotorheological fluid // ACS Nano. 2017. Vol. 11, № 10. P. 9789-9801.

Lee H. et al. Reversible photorheological fluids based on spiropyran-doped reverse micelles // J.

Am. Chem. Soc. 2011. Vol. 133. P. 8461-8463.

Cho M. et al. Ultraviolet light-responsive photorheological fluids: As a new class of smart fluids // Smart Mater. Struct. 2017. Vol. 26. P. 054007(8).

Zhang W.L., Choi H.J. Stimuli-responsive polymers and colloids under electric and magnetic fields // Polymers. 2014. Vol. 6, № 11. P. 2803-2818.

Dong Y.Z. et al. Nanoparticles functionalized by conducting polymers and their electrorheological and magnetorheological applications // Polymers. 2020. Vol. 12, № 1. P. 204(31).

Park D.E. et al. Magnetite-polypyrrole core-shell structured microspheres and their dual stimuli-response under electric and magnetic fields // J. Mater. Chem. C. 2015. Vol. 3, № 13. P. 31503158.

Sim B., Chae H.S., Choi H.J. Fabrication of polyaniline coated iron oxide hybrid particles and their dual stimuli-response under electric and magnetic fields // Express Polym. Lett. 2015. Vol. 9, № 8. P. 736-743.

Zhang W.L. et al. Large scale and facile sonochemical synthesis of magnetic graphene oxide nanocomposites and their dual electro/magneto-stimuli responses // RSC Adv. 2016. Vol. 6, № 81. P. 77925-77930.

Kim J.N., Dong Y.Z., Choi H.J. Pickering emulsion polymerized polyaniline/zinc-ferrite composite particles and their dual electrorheological and magnetorheological responses // ACS Omega. 2020. Vol. 5, № 13. P. 7675-7682.

Chen T.Y., Briscoe B.J., Luckham P.F. Microstructural studies of electro-rheological fluids under shear // J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1995. Vol. 91, № 12. P. 1787-1794. See H. Constitutive equation for electrorheological fluids based on the chain model // J. Phys. D. Appl. Phys. 2000. Vol. 33, № 13. P. 1625-1633.

Akhavan J. Electro-rheological polymers // Proc. Inst. Mech. Eng. Part G J. Aerosp. Eng. 2007. Vol. 221, № 4. P. 577-587.

Ruzicka M. Electrorheological fluids: Modeling and mathematical theory. Berlin: SpringerVerlag Berlin Heidelberg, 2000. 16-38 p.

Tao R., Sun J.M. Three-dimensional structure of induced electrorheological solid // Phys. Rev. Lett. 1991. Vol. 67, № 3. P. 398-401.

Bonnecaze R.T., Brady J.F. Dynamic simulation of an electrorheological fluid // J. Chem. Phys. 1992. Vol. 96, № 3. P. 2183-2202.

Clercxs H.J.H., Bossis G. Many-body electrostatic interactions in electrorheological fluids //

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Phys. Rev. E. 1993. Vol. 48, № 4. P. 2721-2738.

Stangroom J.E. Electrorheological fluids // Phys. Technol. 1983. Vol. 14. P. 290-296.

See H., Tamura H., Doi M. The role of water capillary forces in electro-rheological fluids // J.

Phys. D. Appl. Phys. 1993. Vol. 26, № 5. P. 746-752.

Tamura H., See H., Doi M. Model of porous particles containing water in electro-rheological fluids // J. Phys. D. Appl. Phys. 1993. Vol. 26, № 8. P. 1181-1187.

Liang Y. et al. Efficient electrorheological technology for materials, energy, and mechanical engineering: From mechanisms to applications // Engineering. Chinese Academy of Engineering, 2022. In Press.

Huang X. et al. Mechanisms of the giant electrorheological effect // Solid State Commun. 2006. Vol. 139, № 11-12. P. 581-588.

Wen W., Huang X., Sheng P. Electrorheological fluids: Structures and mechanisms // Soft Matter. 2008. Vol. 4. P. 200-210.

Malkin A.Y., Isayev A.I. Rheology: Concepts, methods, and applications. Toronto: ChemTec Publishing, 2005. 560 p.

Bingham E.C. An investigation of the laws of plastic flow // Bull. Bur. Stand. 1916. Vol. 13, № 2. P. 309.

Bingham E.C. Fludity and plasticity. NewYork: McGraw-Hill Book Company, 1922. 452 p. Herschel W.H., Bulkley R. Konsistenzmessungen von Gummi-Benzollosungen // KolloidZeitschrift. 1926. Vol. 39. P. 291-300. (In German).

Кирсанов Е.А., Н. В. Матвеенко. Неньютоновское течение дисперсных, полимерных и жидкокристаллических систем. Структурный подход. Москва: Техносфера, 2016. 384 c. Papanastasiou T.C. Flows of materials with yield // J. Rheol. 1987. Vol. 31, № 5. P. 385-404. De Kee D., Turcotte G. Viscosity of biomaterials // Chem. Eng. Commun. 1980. Vol. 6, № 4-5. P. 273-282.

Casson N. A flow equation for pigment-oil suspensions of the printing ink type // Rheology of

disperse systems / ed. Mills C.C. London: Pergamon Press, 1959. P. 84-104.

Cho M.S., Choi H.J., Jhon M.S. Shear stress analysis of a semiconducting polymer based

electrorheological fluid system // Polymer. 2005. Vol. 46, № 25. P. 11484-11488.

Kim S.G. et al. Emulsion polymerized polyaniline synthesized with dodecylbenzene-sulfonic acid

and its electrorheological characteristics: Temperature effect // Polymer. 2007. Vol. 48, № 22. P.

6622-6631.

Zhang K., Choi H.J. Smart polymer/carbon nanotube nanocomposites and their electrorheological response // Materials. 2014. Vol. 7, № 5. P. 3399-3414.

Zhang W.L., Choi H.J. Graphene oxide based smart fluids // Soft Matter. 2014. Vol. 10, № 35. P.

66

67

68

69

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

6601-6608.

Kim H.Y., Choi H.J. Core-shell structured poly(2-ethylaniline) coated crosslinked poly(methyl methacrylate) nanoparticles by graft polymerization and their electrorheology // RSC Adv. 2014. Vol. 4, № 54. P. 28511-28518.

Park I.H., Kwon S.H., Choi H.J. Emulsion-polymerized polyindole nanoparticles and their electrorheology // J. Appl. Polym. Sci. 2018. Vol. 135. P. 46384(9).

Dong Y.Z. et al. Electrorheological response of microporous covalent triazine-based polymeric particles // Colloid Polym. Sci., 2018. Vol. 296. P. 907-915.

Seo Y.P., Seo Y. Modeling and analysis of electrorheological suspensions in shear flow // Langmuir. 2012. Vol. 28, № 6. P. 3077-3084.

Ko Y.G. et al. Gelation of chitin and chitosan dispersed suspensions under electric field: Effect of degree of deacetylation // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2011. Vol. 3, № 4. P. 1289-1298. Liu Y.D. et al. Yield stress analysis of 1D calcium and titanium precipitate-based giant electrorheological fluids // Colloid Polym. Sci. 2013. Vol. 291, № 5. P. 1267-1270. Jang D.S., Zhang W.L., Choi H.J. Polypyrrole-wrapped halloysite nanocomposite and its rheological response under electric fields // J. Mater. Sci. 2014. Vol. 49, № 20. P. 7309-7316. Ramos-Tejada M.M. et al. Electrorheology of suspensions of elongated goethite particles // J. Nonnewton. Fluid Mech. 2009. Vol. 159, № 1-3. P. 34-40.

Choi H.J. et al. A yield stress scaling function for electrorheological fluids // Appl. Phys. Lett. 2001. Vol. 78, № 24. P. 3806-3808.

Zhang K. et al. Generalized yield stress equation for electrorheological fluids // J. Colloid Interface Sci. 2013. Vol. 409. P. 259-263.

Seo Y. A new yield stress scaling function for electrorheological fluids // J. Nonnewton. Fluid Mech. 2011. Vol. 166, № 3-4. P. 241-243.

Seo Y.P., Seo Y. Analysis of giant electrorheological fluids // J. Colloid Interface Sci. 2013. Vol. 402. P.90-93.

Klingenberg D.J., Zukoski IV C.F. Studies on the steady-shear behavior of electrorheological suspensions // Langmuir. 1990. Vol. 6, № 1. P. 15-24.

Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика Т. VIII. Электродинамика отлошных cред. 2-е изд. Москва: Наука Гл. Ред. физ.-мат. лит., 1982. 632 с.

Dolinsky Y., Elperin T. Equilibrium orientation of an ellipsoidal particle inside a dielectric medium with a finite electric conductivity in the external electric field // Phys. Rev. E - Stat. Nonlinear, Soft Matter Phys. 2005. Vol. 71, № 5. P. 1-10.

Stolyarova D.Y. et al. Electrorheological behavior of low filled suspensions of highly anisometric montmorillonite particles // J. Appl. Polym. Sci. 2019. Vol. 136, № 25. P. 47678(9).

82

83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

93

94

95

96

97

Jonscher A.K. Dielectric relaxations in solids. London: Chelsea Dielectrics Press, 1983. 400 p. Kremer F., Schönhals A. Broadband dielectric spectroscopy. New York: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2003. 739 p.

Lee C.J., Choi H.J. Fabrication of poly(o-anisidine) coated silica core-shell microspheres and their

electrorheological response // Mater. Res. Express. 2017. Vol. 4. P. 116310 (13).

Kuznetsov N.M. et al. Dielectric properties of modified montmorillonites suspensions in

polydimethylsiloxane // J. Appl. Polym. Sci. 2018,. 2018. Vol. 135. P. 46614(10).

Mrlik M. et al. Electrorheology of SI-ATRP-modified graphene oxide particles with poly(butyl

methacrylate): Effect of reduction and compatibility with silicone oil // RSC Adv. 2019. Vol. 9,

№ 3. P.1187-1198.

Kuznetsov N.M. et al. Dielectric properties of halloysite nanotube suspensions in polydimethylsiloxane // Russ. J. Phys. Chem. A. 2020. Vol. 94, № 2. P. 376-381. Han W.J., Lee J.H., Choi H.J. Poly(diphenylamine)/polyaniline core/shell composite nanospheres synthesized using a reactive surfactant and their electrorheology // Polymer. 2020. Vol. 188. P. 122161.

Havriliak S., Negami S. A complex plane representation of dielectric and mechanical relaxation processes in some polymers // Polymer. 1967. Vol. 8. P. 161-210.

Cole K.S., Cole R.H. Dispersion and absorption in dielectrics I. Alternating current characteristics // J. Chem. Phys. 1941. Vol. 9, № 4. P. 341-351.

Cole K.S., Cole R.H. Dispersion and absorption in dielectrics: II. Direct current characteristics // J. Chem. Phys. 1942. Vol. 10, № 2. P. 98-105.

Einstein A. Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen // Ann. Phys. 1905. Vol. 322, № 8. P. 549-560. (In German)

Derjaguin B., Landau L. Theory of the stability of strongly charged lyophobic sols and of the adhesion of strongly charged particles in solutions of electrolytes // Acta Physicochim URSS. 1941. Vol. 14. P. 633-662.

Verwey E.J.W., Overbeek J.T.G. Theory of the stability of lyophobic colloids. Amsterdam: Elsevier Publishing Company, Inc., 1948. 205 p.

Marshall L., Zukoski IV C.F., Goodwin J.W. Effects of electric fields on the rheology of nonaqueous concentrated suspensions // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1. 1989. Vol. 85, № 9. P. 2785-2795.

Tang H., Gan L., An W. Electrostatic force between two fielectric particles in electrorheological fluids: Beyond spherical particles // MATEC Web Conf. 2018. Vol. 187. P. 04001(10). Zhan H. On an electrorheological fluid equation with orientated convection term // Bound. Value

98.

99.

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

Probl. 2019. Vol. 128. P. 1-16.

Huo X., Yossifon G. Significant enhancement of the electrorheological effect by non-straight electrode geometry // Soft Matter. 2019. Vol. 15, № 32. P. 6455-6460.

Sadek S.H., Najafabadi H.H., Galindo-Rosales F.J. Capillary breakup extensional electrorheometry (CaBEER) // J. Rheol. 2020. Vol. 64, № 1. P. 43-54.

García-Ortiz J.H., Sadek S.H., Galindo-Rosales F.J. Influence of the polarity of the electric field on electrorheometry // Appl. Sci. 2019. Vol. 9, № 24.

Qi Y., Wen W. Influences of geometry of particles on electrorheological fluids // J. Phys. D Appl. Phys. 2002. Vol. 35. P. 2231-2235.

Parmar K.P.S. et al. Electrorheological suspensions of laponite in oil: Rheometry studies // Langmuir. 2008. Vol. 24, № 5. P. 1814-1822.

Liu Y.D., Choi H.J. Electrorheological fluids: Smart soft matter and characteristics // Soft Matter. 2012. Vol. 8, № 48. P. 11961-11978.

Yoon C.-M. et al. Electrorheological performance of multigram-scale mesoporous silica particles

with different aspect ratios // J. Mater. Chem. C. 2016. Vol. 4, № 8. P. 1713-1719.

Yoon C.-M. et al. Enhanced electrorheological performance of mixed silica nanomaterial

geometry // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2017. Vol. 9, № 41. P. 36358-36367.

Wang X. et al. BaTiO3 piezoelectric powder blended electrorheological fluids // Jpn. J. Appl.

Phys. 2020. Vol. 59, № SC. P. 1-6.

Bauerochs T. et al. Alternating current response and visualization of electrorheological fluid // J. Intell. Mater. Syst. Struct. 2020. Vol. 31, № 2. P. 288-296.

Bauerochs T. et al. Description and visualization of the highly dynamic behavior of the electrorheological effect // J. Intell. Mater. Syst. Struct. 2020. Vol. 31, № 2. P. 308-317. Dudkiewicz A. et al. Characterization of nanomaterials in food by electron microscopy // TrAC -Trends Anal. Chem. 2011. Vol. 30, № 1. P. 28-43.

Wu J. et al. Giant electrorheological fluids with ultrahigh electrorheological efficiency based on a micro/nano hybrid calcium titanyl oxalate composite // NPG Asia Mater. 2016. Vol. 8, № 11. P. e322(8).

Rozynek Z. et al. Dipolar ordering of clay particles in various carrier fluids // Rev. Cuba. Fis. 2012. Vol. 29, № 1E. P. 37-41.

Fossum J.O. et al. Intercalation-enhanced electric polarization and chain formation of nano-layered particles // Europhys. Lett. 2006. Vol. 74, № 3. P. 438-444.

Wang B. et al. Electrorheological properties of organically modified nanolayered laponite: influence of intercalation, adsorption and wettability // J. Mater. Chem. 2009. Vol. 19, № 13. P. 1816-1828.

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

Rozynek Z. et al. Electric field induced structuring in clay-oil suspensions: New insights from WAXS, SEM, leak current, dielectric permittivity, and rheometry // J. Phys. Condens. Matter. 2010. Vol. 22, № 32. P. 324104 (8).

Wang B. et al. Guided self-assembly of nanostructured titanium oxide // Nanotechnology. 2012. Vol. 23, № 7. P. 075706 (11).

Rozynek Z. et al. Dipolar structuring of organically modified fluorohectorite clay particles // Eur. Phys. J. E. 2012. Vol. 35, № 9. P. 1-8.

Rozynek Z. et al. Electric-field-induced structuring and rheological properties of kaolinite and halloysite // Appl. Clay Sci. 2013. Vol. 77-78. P. 1-9.

Wen W., Lu K. A primary X-ray investigation of the turning of ferroelectric microspheres contained in electrorheological fluids under a direct current electric field // Appl. Phys. Lett. 1996. Vol. 68, № 8. P. 1046-1047.

Lan Y. et al. Orientation of particles in an electrorheological fluid under an electric field. // Phys. Rev. E. 1999. Vol. 60, № 4. P. 4336-4339.

Kuznetsov N.M. et al. Orientation of layered aluminosilicates particles with a high aspect ratio in

paraffin under an electric field // Dokl. Phys. 2019. Vol. 64, № 6. P. 249-252.

Wang J. et al. Small-angle X-ray scattering study on the orientation of suspended sodium titanate

nanofiber induced by applied electric field // Radiat. Detect. Technol. Methods. 2019. Vol. 3. P.

36(7).

Kuznetsov N.M. et al. In situ X-ray analysis of montmorillonite suspensions in polydimethylsiloxane: Orientation in shear and electric field // Colloids Surfaces A Physicochem. Eng. Asp. 2021. Vol. 622. P. 126663.

Vdovichenko A.Y. et al. The role of charge states in the self-organization of detonation nanodiamonds nanoparticles // Diam. Relat. Mater. 2020. Vol. 107. P. 107903(8). Kuznetsov N.M. et al. The size effect of faceted detonation nanodiamond particles on electrorheological behavior of suspensions in mineral oil // Diam. Relat. Mater. 2022. Vol. 125. P. 108967.

Owen M.J. Elastomers: Siloxane // Encyclopedia of materials: Science and technology / ed. Buschow K.H.J. et al. Elsevier, 2001. P. 2480-2482.

Белоусов СИ. et al. Пленки Лэнгмюра из полисилоксанов. Линейные полисилоксаны // Высокомолекулярные соединения, Серия А. 1996. Т. 38, № 9. С. 1532-1537. Malakhova Y.N. et al. Rheological behavior of polydimethylsiloxane Langmuir layers at the air-water interface // Bionanoscience. 2020. Vol. 10. P. 403-408.

Wei J. et al. Wettability of urea-doped TiO2 nanoparticles and their high electrorheological effects // J. Sol-Gel Sci. Technol. 2008. Vol. 47, № 3. P. 311-315.

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

Davydova O.I. et al. Effect of polydimethylsiloxane viscosity on the electrorheological activity of dispersions based on it // Russ. J. Phys. Chem. A. 2016. Vol. 90, № 6. P. 1269-1273. Gong X. et al. Influence of liquid phase on nanoparticle-based giant electrorheological fluid. // Nanotechnology. 2008. Vol. 19. P. 165602(7).

Ma N., Dong X. Effect of carrier liquid on electrorheological performance and stability of oxalate group-modified TiO2 suspensions // J. Wuhan Univ. Technol. Sci. Ed. 2017. Vol. 32, № 4. P. 854-861.

Sokolov M.A. et al. Effect of the dispersion medium viscosity on the electrorheological behavior of halloysite suspensions in polydimethylsiloxane // ChemChemTech. 2021. Vol. 64, № 11. P. 79-85.

Hong Y., Wen W. Influence of carrier liquid on nanoparticle-based giant electrorheological fluid. // J. Intell. Mater. Syst. Struct. 2015. № Special. P. 1-6.

Hong C.H., Sung J.H., Choi H.J. Effects of medium oil on electroresponsive characteristics of chitosan suspensions // Colloid Polym. Sci. 2009. Vol. 287, № 5. P. 583-589. Qiu Z. et al. The role of adsorbed water on TiO2 particles in the electrorheological effect // AIP Adv. 2018. Vol. 8, № 10. P. 105319(5).

Murashkevich A.N. et al. Synthesis and physicochemical and electrorheological properties of modified nanodisperse titanium dioxide // Inorg. Mater. 2018. Vol. 54, № 12. P. 1223-1230. Korobko E.V., Novikova Z.A. Features of the mechanisms of conductivity of the electrorheological fluids with double doped TiO2 particles under external temperature effects // Front. Mater. 2019. Vol. 6. P. 1-9.

Ma H. et al. Dielectric electrorheological fluids: Theory and experiment // Adv. Phys. 2003. Vol. 52, № 4. P. 343-383.

Kciuk M., Turczyn R. Properties and application of magnetorheological fluids // J. Achiev. Mater. Manuf. Eng. 2006. Vol. 18, № 1-2. P. 127-130.

De Vicente J., Klingenberg D.J., Hidalgo-Alvarez R. Magnetorheological fluids: A review // Soft Matter. 2011. Vol. 7, № 8. P. 3701-3710.

Ashtiani M., Hashemabadi S.H., Ghaffari A. A review on the magnetorheological fluid preparation and stabilization // J. Magn. Magn. Mater. 2015. Vol. 374. P. 711-715. Zhang Y. et al. Electrorheological fluid with an extraordinarily high yield stress // Appl. Phys. Lett. 2002. Vol. 80, № 5. P. 888-890.

Wang B.X., Zhao Y., Zhao X.P. The wettability, size effect and electrorheological activity of modified titanium oxide nanoparticles // Colloids Surfaces A Physicochem. Eng. Asp. 2007. Vol. 295, № 1-3. P. 27-33.

Cheng Y. et al. Fabrication of uniform core-shell structural calcium and titanium precipitation

145

146

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158

particles and enhanced electrorheological activities // Nanotechnology. 2009. Vol. 20. P. 055604 (7).

Shen R. et al. Polar-molecule-dominated electrorheological fluids featuring high yield stresses // Adv. Mater. 2009. Vol. 21, № 45. P. 4631-4635.

Wen W., Huang X., Sheng P. Particle size scaling of the giant electrorheological effect // Appl. Phys. Lett. 2004. Vol. 85, № 2. P. 299-301.

Marins J.A. et al. Silica prepared in the presence of alkylphosphonium-based ionic liquids and its performance in electrorheological fluids // RSC Adv. 2014. Vol. 4, № 92. P. 50925-50931. Tang H., He J., Persello J. Giant electrorheological effects of aluminum-doped TiO2 nanoparticles // Particuology. 2010. Vol. 8, № 5. P. 442-446.

Yoon C.M. et al. Enhanced electroresponse of alkaline earth metal-doped silica/titania spheres by synergetic effect of dispersion stability and dielectric property // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2015. Vol. 7, № 34. P. 18977-18984.

Plachy T. et al. Switching between negative and positive electrorheological effect of g-C3N4 by copper ions doping // Adv. Powder Technol. 2019. Vol. 30, № 4. P. 714-723. Agafonov A.V. et al. Unexpected effects of activator molecules' polarity on the electroreological activity of titanium dioxide nanopowders // J. Phys. Chem. B. 2017. Vol. 121, № 27. P. 67326738.

Liang Y. et al. Highly stable and efficient electrorheological suspensions with hydrophobic interaction // J. Colloid Interface Sci. 2020. Vol. 564. P. 381-391.

Дерягин Б.В. Теория устойчивости коллоидов и тонких пленок / Москва: Наука, 1986. 206 с.

Li J. et al. Giant electrorheological fluid comprising nanoparticles: Carbon nanotube composite // J. Appl. Phys. 2010. Vol. 107, № 9. P. 093507 (5).

Ozkan S., Unal H.I. Enhanced dielectric and electrorheological properties of needle-like TiO2/polyrhodanine core/shell hybrid nanostructure // J. Appl. Polym. Sci. 2016. Vol. 133, № 13. P. 43240(9).

Oh S.Y., Oh M.K., Kang T.J. Characterization and electrorheological response of silica/titania-coated MWNTs synthesized by sol-gel process // Colloids Surfaces A Physicochem. Eng. Asp. 2013. Vol. 436. P. 354-362.

Shin K.Y. et al. Graphene size control via a mechanochemical method and electroresponsive properties // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2014. Vol. 6, № 8. P. 5531-5537. Ko Y.G. et al. The mixing effect of amine and carboxyl groups on electrorheological properties and its analysis by in situ FT-IR under an electric field // Phys. Chem. Chem. Phys. 2013. Vol. 15, № 39. P. 16527-16532.

159

160

161

162

163

164

165

166

167

168

169

170

171

172

173

174

Yin J.B., Zhao X.P. Electrorheological fluids based on glycerol-activated titania gel particles and silicone oil with high yield strength // J. Colloid Interface Sci. 2003. Vol. 257, № 2. P. 228-236. Xie H.-Q., Guan J.-G., Guo J.-S. Three ways to improve electrorheological properties of polyaniline-based suspensions // J. Appl. Polym. Sci. 1997. Vol. 64, № 8. P. 1641-1647. Yilmaz H., Degirmenci M., Unal H.I. Electrorheological properties of PMMA-b-PSt copolymer suspensions // J. Colloid Interface Sci. 2006. Vol. 293, № 2. P. 489-495.

Yin J. et al. The electrorheological effect of polyaniline nanofiber, nanoparticle and microparticle suspensions // Smart Mater. Struct. 2009. Vol. 18, № 9. P. 095007.

Deyenga Y.F., Papko K.K., Kovganich N.Y. Temperature dependence of the electroviscous effect and dielectric parameters of suspensions of hydrated substances in hydrocarbons // Heat Transf. - Sov. Res. 1978. Vol. 10, № 1. P. 50-56.

Gao Z., Zhao X. Enhancing electrorheological behaviors with formation of P-cyclodextrin supramolecular complex // Polymer. 2003. Vol. 44, № 16. P. 4519-4526. Lu J., Zhao X. A new approach of enhancing the shear stress of electrorheological fluids of montmorillonite nanocomposite by emulsion intercalation of poly-N-methaniline // J. Colloid Interface Sci. 2004. Vol. 273, № 2. P. 651-657.

Li X. et al. Effect of a temperature threshold on the electrorheological performance of ionic liquid crystal polyanilines // J. Mol. Liq. 2021. Vol. 326. P. 115299.

Tilki T. et al. Investigation of electrorheological properties of biodegradable modified cellulose / corn oil suspensions // Carbohydr. Res. 2010. Vol. 345. P. 672-679.

Kovaleva V. V. et al. Effect of temperature on the electrorheological behavior of porous chitosan particles in polydimethylsiloxane // Dokl. Phys. Chem. 2022. Vol. 502. P. 23-27. Zhao X.P., Duan X. A new organic/inorganic hybrid with high electrorheological activity // Int. J. Mod. Phys. B. 2002. Vol. 16, № 17-18. P. 2454-2460.

Xinrong S. et al. Influence of amphiprotic groups on the electrorheological behavior of polymers // Mater. Chem. Phys. 2011. Vol. 126, № 1-2. P. 369-374.

Xiang L., Zhao X. Preparation of montmorillonite/titania nanocomposite and enhanced electrorheological activity // J. Colloid Interface Sci. 2006. Vol. 296, № 1. P. 131-140. Chen P. et al. Silica-based ionogels containing imidazolium ionic liquids and their electrorheological responses at room and elevated temperatures // Mater. Today Commun. 2021. Vol. 28. P. 102532.

Zhang S., Winter W.T., Stipanovic A.J. Water-activated cellulose-based electrorheological fluids // Cellulose. 2005. Vol. 12, № 2. P. 135-144.

Semenov N. et al. Electrorheological behavior of suspensions of polyimide-based on the sodium salt of 2,5-diaminobenzenesulfonic acid // Polymers. 2020. Vol. 12. P. 1015(11).

175

176

177

178

179

180

181

182

183

184

185

186

187

188

189

190

191

Xue B. et al. Electro-responsive electrorheological effect and dielectric spectra analysis of topological self-crosslinked poly(ionic liquid)s // Eur. Polym. J. 2022. Vol. 170. P. 111160. Kumar S., Thareja P. Influence of electric field and shear on the rheology of fumed alumina in silicone oil suspensions // Colloids Surfaces A Physicochem. Eng. Asp. 2016. Vol. 511. P. 339350.

He K. et al. The preparation and electrorheological behavior of bowl-like titanium oxide nanoparticles // Soft Matter. 2017. Vol. 13. P. 7677-7688.

Agafonov A.V. et al. Nanocrystalline ceria: a novel material for electrorheological fluids // RSC Adv. 2016. Vol. 6, № 91. P. 88851-88858.

Agafonov A.V. et al. Comparative study of the electrorheological effect in suspensions of needlelike and isotropic cerium dioxide nanoparticles // Rheol. Acta. 2018. Vol. 57. P. 307-315. Agafonov A.V. et al. First MnO2-based electrorheological fluids: high response at low filler concentration // Rheol. Acta. 2019. Vol. 58, № 11-12. P. 719-728.

Kutalkova E. et al. Electrorheological behavior of iron(II) oxalate micro-rods // RSC Adv. 2018. Vol. 8, № 44. P. 24773-24779.

Egorysheva A.V. et al. High electrorheological effect in Bi1.8Fe1.2SbO? suspensions // Powder Technol. 2020. Vol. 360. P. 96-103.

Wu J. et al. The electrorheological fluids with high shear stress based on wrinkly tin titanyl oxalate // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2018. Vol. 10, № 7. P. 6785-6792.

Lee S. et al. Electro-response of MoS2 nanosheets-based smart fluid with tailorable electrical conductivity // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2016. Vol. 8, № 36. P. 24221-24229. Korobko E. et al. The influence of alternating current and direct current electric fields on the rheological behavior of electrorheological fluids with particles of the different crystalline structure // J. Intell. Mater. Syst. Struct. 2020. Vol. 31, № 2. P. 277-287.

Gumus O.Y., Unal H.I. Effect of surfactant on the dielectric and electrorheological properties of zinc borate/silicone oil dispersions // Int. J. Miner. Metall. Mater. 2019. Vol. 26, № 12. P. 15231530.

Zhang W.L. et al. Electrorheology of graphene oxide // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2012. Vol. 4, № 4. P. 2267-2272.

Fossum J.O. Flow of clays // Eur. Phys. J. Spec. Top. 2012. Vol. 204, № 1. P. 41-56.

Piao S.H., Kwon S.H., Choi H.J. Stimuli-responsive polymer-clay nanocomposites under electric

fields // Materials. 2016. Vol. 9, № 1. P. 52-70.

Stober W., Fink A., Bohn E. Controlled growth of monodispersed silica spheres in the micron size range // J. Colloid Interface Sci. 1968. Vol. 26. P. 62-69.

Yoon C.-M. et al. Fabrication of a silica/titania hollow nanorod and its electroresponsive activity

192

193

194

195

196

197

198

199

200

201

202

203

204

205

206

// RSC Adv. 2017. Vol. 7, № 32. P. 19754-19763.

Hong J.Y. et al. Geometrical study of electrorheological activity with shape-controlled titania-coated silica nanomaterials // J. Colloid Interface Sci. 2010. Vol. 347, № 2. P. 177-182. Jang H.S. et al. Facile fabrication of core-shell typed silica/poly(diphenylamine) composite microparticles and their electro-response // Polymer. 2019. Vol. 182. P. 121851(9). Schwarz G. et al. Electrorheological fluids based on metallo-supramolecular polyelectrolyte-silicate composites // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2013. Vol. 5, № 10. P. 4031-4034. Kanu R.C., Shaw M.T. Enhanced electrorheological fluids using anisotropic particles // J. Rheol. 1998. Vol. 42, № 3. P. 657-670.

Yin J., Zhao X. Titanate nano-whisker electrorheological fluid with high suspended stability and ER activity // Nanotechnology. 2006. Vol. 17, № 1. P. 192-196.

Cheng Y. et al. Preparation of uniform titania microspheres with good electrorheological performance and their size effect // J. Mater. Chem. 2011. Vol. 21, № 13. P. 5051-5056. Lee S. et al. Enhanced electrorheological performance of a graphene oxide-wrapped silica rod with a high aspect ratio // J. Mater. Chem. C. 2014. Vol. 2, № 30. P. 6010-6016. Ma N. et al. Electrorheological properties of carbon nanotube decorated TiO2 nanoparticles // Mater. Res. Express. 2017. Vol. 4. P. 065701(9).

Wu J. et al. Preparation and electrorheological characteristics of uniform core/shell structural particles with different polar molecules shells // Colloids Surfaces A Physicochem. Eng. Asp. 2012. Vol. 410. P. 136-143.

Liu X. et al. Strong nano size effect of titanium silicalite (TS-1) zeolites for electrorheological fluid // Chem. Eng. J. 2020. Vol. 384. P. 123267(15).

Sun W. et al. Synthesis and enhanced electrorheological properties of TS-1/titanium oxide core/shell nanocomposite // Ind. Eng. Chem. Res. 2020. Vol. 59, № 3. P. 1168-1182. Plachy T. et al. The electrorheological behavior of suspensions based on molten-salt synthesized lithium titanate nanoparticles and their core-shell titanate/urea analogues // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2015. Vol. 7, № 6. P. 3725-3731.

Lee S. et al. Enhanced electroresponsive performance of double-shell SiO2/TiO2 hollow nanoparticles // ACS Nano. 2015. Vol. 9, № 5. P. 4939-4949.

Wang C. et al. Enhanced electrorheological characteristics of titanium oxide@H2Ti2O5 nanotube core/shell nanocomposite // Colloids Surfaces A Physicochem. Eng. Asp. 2019. Vol. 578. P. 123641(8).

He K. et al. A facile synthesis of hierarchical flower-like TiO2 wrapped with MoS2 sheets nanostructure for enhanced electrorheological activity // Chem. Eng. J. 2018. Vol. 349. P. 416427.

207

208

209

210

211

212

213

214

215

216

217

218

219

220

221

Zhang K. et al. Rheological analysis of titanium dioxide nano-whisker based electrorheological fluids // J. Ind. Eng. Chem. 2020. Vol. 83. P. 285-288.

Ji X. et al. Cactus-like double-shell structured SiO2@TiÜ2 microspheres: Fabrication, electrorheological performances and microwave absorption // J. Ind. Eng. Chem. 2017. Vol. 56. P. 203-211.

Sun W. et al. Preparation and electrorheological properties of eggshell-like TiÜ2 hollow spheres via one step template-free solvothermal method // Colloids Surfaces A Physicochem. Eng. Asp. 2020. Vol. 601. P. 125055.

Li C. et al. Synthesis of hollow TiÜ2 nanobox with enhanced electrorheological activity // Ceram. Int. 2020. Vol. 46, № 10. P. 14573-14582.

Qiu Z. et al. A giant electrorheological fluid with a long lifetime and good thermal stability based on TiÜ2 inlaid with nanocarbons // J. Mater. Chem. C. 2019. Vol. 7, № 19. P. 5816-5820. Zhang W.L. et al. Unveiling the critical role of surface oxidation of electroresponsive behaviors in two-fimensional Ti3C2Tx MXenes // J. Phys. Chem. C. 2019. Vol. 123, № 9. P. 5479-5487. Kim J.W. et al. Synthesis and electrorheological properties of polyaniline-Na+- montmorillonite suspensions // Macromol. Rapid Commun. 1999. Vol. 20, № 8. P. 450-452. Guzel S., Erol O., Unal H.I. Polyindene/organo-montmorillonite conducting nanocomposites. II. Electrorheological properties // J. Appl. Polym. Sci. 2012. Vol. 124. P. 4935-4944. Wang B.X., Zhao X.P. Electrorheological behavior of kaolinite-polar liquid intercalation composites // J. Mater. Chem. 2002. Vol. 12, № 6. P. 1865-1869.

Reiss T. et al. Physicochemical and electro-rheological characterization of kaolinite/CMS/silicone oil fluid // Key Eng. Mater. 2010. Vol. 446. P. 33-41. £abuk M. et al. Synthesis, characterization and electrorheological properties of biodegradable chitosanbentonite composites // Clay Miner. 2013. Vol. 48. P. 129-141.

Geist M.F. et al. Nanocomposites derived from montmorillonite and metallosupramolecular polyelectrolytes: Modular compounds for electrorheological fluids // Langmuir. 2013. Vol. 29, № 6. P. 1743-1747.