Inteligentní tekutiny - elektroreologické (ER) a magnetoreologické (MR) suspenze

Abstract

V dnešní době je velké množství moderních technologií úzce spjato s využíváním inteligentních materiálů. Obecně u těchto systémů dochází k požadované změně jedné nebo více vlastností v reakci na vnější stimuly. V poslední době poutá pozornost nejen vědecké, ale i praktické oblasti využití nová skupina inteligentních systémů vykazující neobyčejnou změnu svých reologických vlastností v závislosti na vnějším aplikovaném poli. Hlavními zástupci těchto systémů aktivně měnících své reologické chování v závislosti na působícím poli jsou magnetoreologické (MR) a elektroreologické (ER) tekutiny. Jak již název napovídá, tyto tekutiny vykazují velmi zajímavé reologické chování, které může být kontrolováno účinky buď magnetického anebo elektrického pole. MR nebo ER tekutiny lze charakterizovat jako suspenze nano/mikro částic s magnetickými nebo výhradně dielektrickými vlastnostmi ve vhodné nosné kapalině. Největší výhodou těchto tekutin oproti obvyklým tekutinám je jejich schopnost měnit viskozitu v širokém rozsahu (několik řádů) a to ve zlomcích milisekundy. Ačkoliv první vysvětlení MR a ER chování byla provedena již před 60 lety, reálné aplikace MR a ER tekutin na trhu byly možné až v devadesátých letech díky rozvoji chemie, fyziky, materiálových věd strojního a elektroinženýrství [1, 2]. V dnešní době jsou zejména MR tekutiny s oblibou používány v různých systémech, kde je požadováno proměnné ovládání tlumení/působící síla. Nicméně jejich širšímu využití neustále brání několik překážek jako sedimentace částic v důsledku velkého rozdílu hustot mezi dispergovanými částicemi a nosnou kapalinou v MR tekutinách nebo nízká účinnost ER tekutin. Prvořadá pozornost je tudíž v této práci upřena na návrh nových MR/ER tekutin, u nichž jsou zmíněné nedostatky potlačovány. V závislosti na odlišných požadavcích studovaných typů inteligentních tekutin jsou uplatňovány dva různé přístupy. V první části práce bylo karbonyl železo, jakožto nejpoužívanější dispergovaná složka v MR tekutinách, upraveno pomocí mokrých (potažení polyanilínem) nebo suchých (plasmové opracování) chemických metod za účelem zvýšení kompatibility se silikonovým olejem použitým jako nosná kapalina a tím i zvýšením dlouhodobé stability MR tekutin. Kromě toho byl studován vliv žíhací teploty použité při výrobě částic kobalt feritu na MR chování s cílem připravit nový typ dispergovaných částic s řízenými magnetickými vlastnostmi pro MR tekutiny. V druhé části práce byly vyrobeny duté kulovité aglomeráty oxidu titaničitého s polypyrolem se strukturou jádro-slupka (core-shell) jako novou dispergovanou fází pro ER tekutiny s vylepšenou ER účinností.