以小距離分開(kāi)的電偶極子(即，正電荷和負(fù)電荷)可能是世界上最常見(jiàn)的電實(shí)體形式。電偶極矩是對(duì)系統(tǒng)中正電荷和負(fù)電荷的分離或帶電系統(tǒng)整體極性的一種衡量。極性分子是指具有永久分子偶極矩的分子。例如，水分子的偶極矩為2.7D，尿素分子的偶極矩更大，為4.6D。

分子偶極子通常是隨機(jī)取向或相反取向配對(duì)，其結(jié)果是不會(huì)產(chǎn)生凈遠(yuǎn)程電場(chǎng)。然而，可使分子的偶極子產(chǎn)生不同的行為，研究發(fā)現(xiàn)在不同的納米局限下水分子的有序化結(jié)構(gòu)和熱力學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生改變，對(duì)此進(jìn)行了深入研究。例如，已在水-碳納米管(CNT)體系中觀察到分子的長(zhǎng)鏈，當(dāng)水分子被局限在納米尺度的疏水性平板之間時(shí)，可以在300K下形成雙層冰。同樣，外部施加的電場(chǎng)可驅(qū)動(dòng)極性(親水)分子進(jìn)入非極性(疏水)相。由于非極性相的限制，入侵的極性分子傾向于形成一些有序結(jié)構(gòu)，進(jìn)而導(dǎo)致該系統(tǒng)的流變性能有巨大的變化。

分子偶極子可在適度的電場(chǎng)下在制成的納米粒子的接觸區(qū)域內(nèi)排列，這導(dǎo)致納米顆粒之間具有較大的粘合力。這種現(xiàn)象，例如分子偶極長(zhǎng)鏈的形成，被確定為通常所稱(chēng)的巨電流變(GER)效應(yīng)的微觀機(jī)理。GER作用已被證明是由于在硅油鏈的限制效應(yīng)下分子偶極長(zhǎng)鏈的形成造成的。

在GER效應(yīng)的范圍內(nèi)，尿素分子可以穿透數(shù)納米厚的硅油層，以形成長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)。然而，必須克服大的能量壘σ，這將導(dǎo)致形成長(zhǎng)度有限的尿素長(zhǎng)鏈。尿素包裹的BaTi(C₂O₄)₂納米粒子在硅油懸浮液中展現(xiàn)出比傳統(tǒng)的ER流體的屈服應(yīng)力大一個(gè)數(shù)量級(jí)的GER效果。此外，GER流體的屈服應(yīng)力和電場(chǎng)呈線性關(guān)系，這是由本發(fā)明的ER流體和傳統(tǒng)ER流體與電場(chǎng)的二次關(guān)系相當(dāng)不同。這種特征性的屈服應(yīng)力是由兩個(gè)相鄰的納米顆粒之間的接觸區(qū)域中形成的尿素偶極長(zhǎng)鏈造成的。分子動(dòng)力學(xué)(MD)模擬表明，在施加電場(chǎng)時(shí)，尿素分子長(zhǎng)鏈通過(guò)穿透兩側(cè)的硅油層形成，分子偶極子沿施加電場(chǎng)的方向排列。此有序結(jié)構(gòu)可以使在入侵的尿素分子間形成的氫鍵數(shù)量最大化并且使偶極場(chǎng)相互作用能量最小化從而克服不利的能量勢(shì)壘σ。尿素長(zhǎng)鏈的限制效應(yīng)由硅油鏈通過(guò)硅油甲基和尿素分子中的某些原子的排斥的相互作用提供。間隙的兩側(cè)由長(zhǎng)鏈連接，并且產(chǎn)生大的吸引力作用，從而導(dǎo)致GER效應(yīng)。進(jìn)行了使用各種間隙尺寸的MD模擬，以確定在具有不同間隙尺寸的間隙中心尋找尿素分子的可能性。在9納米間隙處的可能性降低到幾乎為零。因此，物理上來(lái)看分子橋應(yīng)該只在一個(gè)較小的間隙尺寸被觀察到。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主題涉及用于產(chǎn)生電流變(ER)效應(yīng)的裝置，該裝置包括：上部電壓電極和下部電壓電極，所述上部電壓電極和所述下部電壓電極各自被吸水性材料覆蓋，并且所述上部電壓電極和所述下部電壓電極上吸收有水；由層形成且位于所述上部電壓電極和所述下部電壓電極之間的間隙中的流體通道；位于所述電壓電極中的一個(gè)電壓電極上的壓力傳感器；使硅油流動(dòng)通過(guò)所述流體通道的泵；和配置為向所述上部電壓電極施加電壓的電壓源。

在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的主題涉及用于產(chǎn)生包括電流變(ER)效應(yīng)的方法，包括：提供一種裝置，所述裝置包括：上部電壓電極和下部電壓電極，所述上部電壓電極和所述下部電壓電極各自被吸水性材料覆蓋，并且所述上部電壓電極和所述下部電壓電極上吸收有水；由層形成且位于所述上部電壓電極和所述下部電壓電極之間的間隙中的流體通道；位于所述電壓電極中的一個(gè)電壓電極上的壓力傳感器；泵；以及配置為向所述上部電壓電極和所述下部電壓電極施加電壓的電壓源；用所述泵使硅油流動(dòng)通過(guò)所述流體通道；以及向所述上部電壓電極施加電壓，從而產(chǎn)生電場(chǎng)并且產(chǎn)生ER效應(yīng)。

在又一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明主題涉及一種全液電流變(ER)流體，包含：由約85重量％至95重量％的硅油和約5重量％至15重量％的水構(gòu)成的混合物，其中所述硅油和水均勻混合；并且當(dāng)外部電壓施加至所述混合物時(shí)，所述混合物展現(xiàn)出電流變效應(yīng)。

附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1展現(xiàn)了包括高壓電極和流體通道的成品照片。

圖2描繪了激光雕刻的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)層的結(jié)構(gòu)。

圖3展示實(shí)驗(yàn)設(shè)置系統(tǒng)。

圖4描繪了施加高壓之前的壓力測(cè)量。

圖5描繪了施加高壓之后的壓力測(cè)量。

圖6介紹了有效表面電荷密度。

圖7描繪了具有0.5mm間隙的水-硅油體系的測(cè)量的壓力差增加。

圖8描繪了具有0.75mm間隙的水-硅油體系的測(cè)量的壓力差增加。

圖9描繪了具有1mm間隙的水-硅油體系的測(cè)量的壓力差增加。

圖10描繪了具有1mm間隙的水-癸烷體系的測(cè)量的壓力差增加。

圖11描繪了測(cè)量的ΔP″與電壓的二次函數(shù)擬合關(guān)系(如實(shí)線所示)。

圖12描繪了繪制為E²的函數(shù)的壓力差。

圖13展現(xiàn)了用于測(cè)量GER效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置。

圖14展現(xiàn)了測(cè)量的剪切應(yīng)力與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系(如紅線所示)，電壓模式(黑色曲線)繪制在同一圖上。

圖15描繪了屈服應(yīng)力和應(yīng)變之間的理論關(guān)系。

圖16描繪了MD快照，其展現(xiàn)出了實(shí)施例8中的模擬的初始設(shè)置。

圖17描繪了MD快照，其展示了在電場(chǎng)存在下的巨水分子長(zhǎng)鏈。

圖18展示了具有5μm間隙的樣品由夾在兩個(gè)金屬網(wǎng)電極之間的兩個(gè)水滲透性AAO膜制成。

圖19展示了間隙尺寸為約5μm的樣本的示意性結(jié)構(gòu)。

圖20示出了具有小間隙尺寸(5.15μm)的樣品的所測(cè)量ΔP″與施加電壓的函數(shù)關(guān)系。

具體實(shí)施方式

在本發(fā)明主題的背景中，發(fā)現(xiàn)已知的長(zhǎng)鏈形成體系的上述缺點(diǎn)，即有限長(zhǎng)鏈長(zhǎng)度，是可以克服的。例如，水可以在外部施加的電場(chǎng)下在硅油中形成宏觀分子長(zhǎng)鏈或縱列。為此目的，已經(jīng)研制出了用于測(cè)量源自場(chǎng)誘導(dǎo)形成偶極長(zhǎng)鏈的電流變(ER)效應(yīng)的微流體方法。廣義模型包括流動(dòng)通道、涂有吸水材料的兩個(gè)平行板電極、注射泵、壓力傳感器、和高電壓源(例如電極)。仔細(xì)控制電極上的吸水量以及通過(guò)通道的載體流的體積速率，同時(shí)監(jiān)測(cè)通道中的壓力差。這種方法比已知的旋轉(zhuǎn)ER計(jì)更靈敏、準(zhǔn)確且可靠，因而具有擴(kuò)大在新材料設(shè)計(jì)和工業(yè)應(yīng)用中的可能性。

此外，認(rèn)識(shí)到分子偶極長(zhǎng)鏈的形成為巨電流變(GER)效應(yīng)的微觀機(jī)制，這意味著沿著外部施加電場(chǎng)的方向在疏水相中形成宏觀分子偶極長(zhǎng)鏈的可能性。由這種結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的電流變(ER)效應(yīng)可以被定義為分子ER效應(yīng)，這種ER效應(yīng)近來(lái)通過(guò)使用微流體方法在水-硅油系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。

一個(gè)尿素分子滲入硅油作為分子長(zhǎng)鏈的能量勢(shì)壘可大于k_BT(k_B代表玻爾茲曼常數(shù)，T代表溫度)。然而，當(dāng)外場(chǎng)強(qiáng)度趨向無(wú)窮大時(shí)，偶極場(chǎng)相互作用對(duì)于一摩爾極性分子，只能補(bǔ)償1k_BT。從玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)，通過(guò)下式能夠計(jì)算出平均波動(dòng)長(zhǎng)鏈的長(zhǎng)度<N>_σ：

其中，T表示室溫，N為單鏈上尿素分子的數(shù)量，是每個(gè)分子沿外場(chǎng)方向在長(zhǎng)鏈狀態(tài)和塊狀狀態(tài)間的偶極矩的差，E是場(chǎng)中的電自由能。當(dāng)分離距離為2<N>_σl或稍大時(shí)，在兩個(gè)板中間可以形成長(zhǎng)鏈。l表示偶極分子的尺寸。因?yàn)楫?dāng)時(shí)，并且在尿素/硅油的情況下，σ>k_BT，確定了尿素長(zhǎng)鏈的最大飽和間隙/飽和行為。關(guān)于方程(1)，關(guān)鍵的調(diào)查是：是否存在σ～k_BT或甚至σ<k_BT的偶極分子，使得可利用存在的臨界電場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生這些特定的偶極分子的宏觀長(zhǎng)度長(zhǎng)鏈。

因此，通過(guò)利用位于涂有吸水材料層的兩個(gè)平行板電極之間的通道，展示了用于測(cè)量源自場(chǎng)誘導(dǎo)偶極長(zhǎng)鏈形成的電流變效應(yīng)(該效應(yīng)可進(jìn)一步定義為分子ER效應(yīng))的微流體方法。在本發(fā)明主題的模型中，通過(guò)泵、特別是注射器泵能夠精確控制通過(guò)通道的載體流的體積流速。然而，也可在本發(fā)明的裝置和方法中設(shè)計(jì)其他的泵機(jī)制。由高靈敏度壓力傳感器監(jiān)測(cè)管道壓差。如果形成了場(chǎng)誘導(dǎo)分子偶極長(zhǎng)鏈，則可以記錄監(jiān)測(cè)的壓差增量ΔP″。對(duì)于水分子，可以在間隙之間在硅油相中形成達(dá)～1毫米(大分子)的大分子長(zhǎng)鏈。在充足的水供應(yīng)下，ΔP″證明了和外加電場(chǎng)存在二次方關(guān)系。然而，當(dāng)供水被用盡時(shí)，其與外加電場(chǎng)間的關(guān)系逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性關(guān)系。

通過(guò)使用本發(fā)明主題的裝置和方法，在～5千伏/毫米下測(cè)得的最大壓力增量為120Pa。有趣的是，當(dāng)用癸烷取代硅油時(shí)，這種效應(yīng)就會(huì)消失。此外，二次方電場(chǎng)關(guān)系表明，當(dāng)間隙尺寸減小到若干微米時(shí)，ΔP″可以達(dá)到MPa的量級(jí)。這與在僅有若干納米的距離的硅油中使用尿素分子時(shí)所觀察到的線性效應(yīng)形成鮮明的對(duì)比。

二次場(chǎng)關(guān)系也可以從理論上建模，從而證實(shí)當(dāng)間隙尺寸減小到若干微米時(shí)屈服應(yīng)力可以達(dá)到Mpa數(shù)量級(jí)。這對(duì)應(yīng)于電能量密度高于任何現(xiàn)有技術(shù)中的GER材料。該方法可應(yīng)用在基于微流體的設(shè)備中，如微型離合器、微型閥和微型阻尼器，并有助于對(duì)流體邏輯系統(tǒng)的控制。機(jī)制可以用于設(shè)計(jì)功能材料，例如新型的GER材料和生物材料。

實(shí)施例

實(shí)施例1：微流體測(cè)量?jī)x器的制造

該裝置有兩個(gè)主要特征：吸水材料包裹的電極對(duì)、以及流體通道(圖1)。電壓直接施加于電極，并且流體從電極之間的通道中流過(guò)。壓力傳感器置于電極附近以測(cè)量壓差。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜用作通道壁。上電極插入PMMA壁。下電極由銅膜制成，并用隔離物粘合。隔離物同樣由PMMA膜制成，間隙尺寸(電極距離)由隔離物的厚度決定。在一個(gè)方面中，間隙尺寸選自1毫米、0.75毫米或0.5毫米。應(yīng)當(dāng)注意的是，這些間隙的尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)中的納米間隙。

2毫米的PMMA膜由激光雕刻機(jī)(通用激光系統(tǒng))制成以形成電極槽(圖2)。在邊界附近的六個(gè)直徑3毫米的孔方便機(jī)械密封。第1層中的矩形部分(28毫米×10毫米)被剪掉。第2層中的相應(yīng)區(qū)域被刻至深度約200微米。同樣，還削減了第2層中的方形部分、槽附近的兩個(gè)1毫米直徑的小孔、和槽右邊的大孔。層3中的PMMA膜作為置于電極之間的隔離物并控制通道高度(0.5毫米、0.75毫米或1毫米)。第1層和第2層被丙烯酸類(lèi)溶劑粘合在一起，并且間隙被密封，包括六個(gè)螺絲孔和兩個(gè)小孔。

加工2毫米厚的銅塊(28毫米×10毫米)，電極的另一部分由1毫米厚度的銅膜制成。該膜的尺寸與第3層相當(dāng)(圖2)。在銅塊中加工出六個(gè)孔以便于機(jī)械密封。利用502強(qiáng)力粘合劑并通過(guò)預(yù)對(duì)準(zhǔn)從而將PMMA隔離物接合至銅膜。將銅塊插入由第1層和第2層形成的槽(圖2)，并用環(huán)氧樹(shù)脂固定。

在將電極與PMMA粘結(jié)之后，利用錫焊料將電線穿過(guò)銅塊的方形槽連接至電極以及隔離物層部分的銅側(cè)。隨后在錫焊點(diǎn)上覆蓋環(huán)氧樹(shù)脂以固定電線。隨后將0.9毫米不銹鋼管插入到粘合的PMMA中的兩個(gè)小孔內(nèi)，以作為入口和壓力傳感器的連接器。使用橡皮泥以堵塞內(nèi)側(cè)的孔。管附近被環(huán)氧樹(shù)脂覆蓋以實(shí)現(xiàn)密封。使用塑料軟管作為出口。成品的上部和下部電極結(jié)合從而形成流體通道。利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜作為機(jī)械密封膠。利用旋涂機(jī)制作厚度為～50微米的PDMS薄膜。

實(shí)施例2：測(cè)量方案

測(cè)量實(shí)驗(yàn)方案要求實(shí)施例1中的上述測(cè)量?jī)x器、注射泵、壓力傳感器、萬(wàn)用表、高電壓源、函數(shù)發(fā)生器和計(jì)算機(jī)接口(圖3)。將聚酯型吸水膜(MEMBRA-CEL MC18X 100CLR)在去離子水中浸漬約10分鐘。然后切割所述膜并將其附在電極上。飛利浦PM5134函數(shù)發(fā)生器以與上部電極連接的不同生成信號(hào)(利用SPELLMAN SL300)觸發(fā)直流高電壓供電。高壓信號(hào)是矩形波；持續(xù)時(shí)間為40秒；占空比為0.5。施加信號(hào)直至發(fā)生擊穿(breakdown)為止。下部電極接地。利用超低壓力傳感器(EdgeLight ELPR-5)測(cè)量壓力。LabVIEW作為接口來(lái)收集數(shù)據(jù)。利用Harvard注射器泵將硅油泵入通道。通道的出口向空氣開(kāi)放并固定在一定的位置處。

實(shí)施例3：壓力測(cè)量

圖4和圖5中示出了測(cè)得量ΔP″＝ΔP′-ΔP的來(lái)源。偶極分子長(zhǎng)鏈的形成提供了流動(dòng)阻力，因此需要額外的能量以維持流動(dòng)速率。這反映在壓差的增加上，壓差的增加完全為輸入能量密度的增加。額外部分的能量密度用于(部分地)打破偶極長(zhǎng)鏈，因此應(yīng)等于或小于長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)的電能量密度。

實(shí)施例4：估算模型

基于實(shí)施例3中建立的物理構(gòu)想，如下模型估算該效應(yīng)。自由能密度等于長(zhǎng)鏈的偶極-場(chǎng)相互作用和偶極-偶極排斥作用。針對(duì)長(zhǎng)鏈的數(shù)密度，將自由能降至最低提供了均衡配置和相應(yīng)的能量密度W，該能量密度W等于基于恒定流速測(cè)量而測(cè)得的壓差ΔP″的增加，其中ΔP″是施加電場(chǎng)時(shí)用于打破長(zhǎng)鏈所需的額外能量密度。

圖6顯示了以一定間隙距離隔開(kāi)的兩個(gè)水油界面處的有效表面電荷密度。電荷密度可與長(zhǎng)鏈偶極子的數(shù)密度直接相關(guān)。為了計(jì)算能量密度，使用高斯定律，油層外的位移始終為0，這意味著電極的存在和水膜的介電常數(shù)對(duì)能量沒(méi)有影響，而只有油的介電常數(shù)會(huì)對(duì)能量構(gòu)成影響。

電場(chǎng)E下的電自由能可以寫(xiě)為表面電荷密度σ的函數(shù):

其中最小值為：

σ＝εε₀E (2)

所得到的自由能的體積密度是：

所測(cè)得的壓力的變化為外加電場(chǎng)E的函數(shù)，這可以表示為ΔP″＝8.8E²，系數(shù)可直接由對(duì)比實(shí)驗(yàn)獲得。

實(shí)施例5：測(cè)量和觀測(cè)

對(duì)間隙寬度為0.5毫米，0.75毫米和1毫米的樣品中的水-硅油體系進(jìn)行測(cè)定。圖6-9表明，一旦施加高壓，壓差立即增大，然后電壓關(guān)掉時(shí)壓差回落。持續(xù)測(cè)量直至發(fā)生擊穿為止(當(dāng)水-硅油體系中的間隙為1毫米時(shí)，6kV)。當(dāng)不存在吸水膜、或者存在吸水膜但里面沒(méi)有水時(shí)，未觀察到壓差的變化。對(duì)于間隙為1毫米的水-正癸烷體系(圖10)，未觀察到壓差變化，這意味著沒(méi)有水分子長(zhǎng)鏈形成，這是因?yàn)楣锿榈氖杷愿哂诠栌汀ｋ妶?chǎng)所提供的驅(qū)動(dòng)能量有限，其所提供的驅(qū)動(dòng)能量小于水分子滲透到癸烷中的能量勢(shì)壘，因而長(zhǎng)鏈不能形成。然而，在硅油中，這種能量勢(shì)壘小，因此可以通過(guò)外加電場(chǎng)而誘導(dǎo)形成長(zhǎng)鏈。所測(cè)量的ΔP″是施加電壓的函數(shù)。圖11顯示了高電壓下的結(jié)果的平均值。ΔP″示出了在低電壓范圍內(nèi)的與電壓的二次方關(guān)系。在相同的外加電壓下，ΔP″隨著間隙尺寸的變大而減小。當(dāng)外加電壓較高時(shí)，ΔP″逐步采用線性電壓關(guān)系，這可能是因?yàn)椋夯谑褂米銐虻乃肿觼?lái)形成新的長(zhǎng)鏈這一推測(cè)，二次方關(guān)系是自由能最小化的直接結(jié)果。隨著電壓的增加以及吸收的水逐漸耗盡，長(zhǎng)鏈數(shù)目飽和。因此，長(zhǎng)鏈的電能量密度與電壓間為線性關(guān)系，這導(dǎo)致ΔP″的線性關(guān)系。

實(shí)施例6:壓差繪制為E²的函數(shù)和觀測(cè)

對(duì)水-硅油體系的全部三個(gè)樣品，以間距尺寸將電壓歸一化，并將實(shí)施例5中測(cè)量的平均結(jié)果重新繪制為E²的函數(shù)(圖12)。在低場(chǎng)范圍內(nèi)，所有三條曲線均下跌，這表明ΔP″主要取決于外加電場(chǎng)，而與間隙尺寸關(guān)系不大。壓差的變化與E²呈正比。通過(guò)線性擬合得到的系數(shù)大約為6，這對(duì)應(yīng)于此前通過(guò)電能計(jì)算出的數(shù)值8.8。如預(yù)期，測(cè)量的系數(shù)小于計(jì)算數(shù)值。

ΔP″的來(lái)源不是由于在硅油與電極之間生成了水層，這是因?yàn)樗畬拥纳蓵?huì)引入載體流的滑移邊界，從而減少壓差。在正常電場(chǎng)的存在下，由于兩種介質(zhì)的介電常數(shù)間的差異，油-水界面處可能不穩(wěn)定。然而，這種不穩(wěn)定會(huì)使水滴滲入硅油，由于水比硅油具有更低的粘性，因此壓差會(huì)降低。對(duì)比實(shí)驗(yàn)證實(shí)了水肯定是測(cè)得的電流變效應(yīng)的產(chǎn)生因素，其中電流變效應(yīng)是由偶極分子長(zhǎng)鏈產(chǎn)生的。

實(shí)施例7：流變儀測(cè)量

通過(guò)流變儀測(cè)量證實(shí)了在實(shí)施例6中觀察到的效應(yīng)。Haake RS18mm直徑的圓形旋轉(zhuǎn)流變儀測(cè)量了水-硅油體系中的分子ER效應(yīng)(圖13)。通過(guò)兩個(gè)電極(上電極旋轉(zhuǎn)而下電極固定)施加電壓。間隙設(shè)置為1毫米，間隙中填充硅油。在電極上覆蓋吸收了水的聚酯類(lèi)膜。施加1kV的矩形波。一旦施加電場(chǎng)時(shí)，剪切應(yīng)力快速增加，并且可達(dá)到80Pa，然后在撤除電場(chǎng)時(shí)剪切應(yīng)力回落(圖14)。

在屈服應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系方面，證實(shí)了與流變儀測(cè)量的一致。實(shí)測(cè)的屈服應(yīng)力τ₀和電能量密度W成正比。對(duì)于線性應(yīng)變-應(yīng)力關(guān)系τ＝aε，其中a為常量，ε為應(yīng)變。其滿(mǎn)足和τ＝2W/ε。屈服應(yīng)力是達(dá)到屈服點(diǎn)ε₀時(shí)的應(yīng)力，因此τ₀＝2W/ε₀(圖15)。在1kV/mm的外加電場(chǎng)下，屈服應(yīng)力預(yù)計(jì)為～88Pa，這符合初步測(cè)量。

能夠理解的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可在由隨附權(quán)利要求中所表述的本發(fā)明主題的主旨和范圍內(nèi)，對(duì)用于闡述本發(fā)明主題的性質(zhì)而描述并示出的細(xì)節(jié)、材料、步驟和部件布置方式可進(jìn)行許多其他更改。

實(shí)施例8：分子動(dòng)力學(xué)模擬

對(duì)于由均勻混合的硅油(90重量％)和水(10重量％)構(gòu)成的體系進(jìn)行MD模擬。參見(jiàn)圖16，MD快照顯示模擬的初始配置。水分子通過(guò)隨機(jī)插入硅油鏈(附圖中省略了硅油鏈，以獲取清晰的視圖)的間隔中從而實(shí)現(xiàn)了水分子的相對(duì)均勻的分布。雖然對(duì)由90重量％的硅油和10重量％的水構(gòu)成的體系進(jìn)行了模擬，但是還考慮硅油含量范圍可以為85重量％到95重量％；同樣的，水含量范圍可以為5重量％到15重量％。

沿著由圖17中的箭頭所示方向施加電場(chǎng)。通過(guò)模擬，長(zhǎng)鏈中的水分子的偶極子大多是沿電場(chǎng)方向取向的，并且這些長(zhǎng)鏈代表了連接間隙的巨偶極子。這種特定的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了在各實(shí)施例中觀察到的ER效應(yīng)。

這種水比例較低的均勻的水-油混合物是一種新型的全液ER流體，這是因?yàn)槠洳缓腆w(顆粒)相，而固體(顆粒)相是常規(guī)ER和GER流體中的關(guān)鍵組分。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，該體系能夠以多種比例而運(yùn)行。此外，用于實(shí)現(xiàn)這種全液ER效應(yīng)的裝置可以極為簡(jiǎn)單，其僅需要兩個(gè)電絕緣電極和兩個(gè)側(cè)壁作為通道。在這種情況下，將不需要儲(chǔ)水池。

實(shí)施例9：微流體測(cè)量的構(gòu)建

此外還利用下述裝置對(duì)間隙尺寸為～5μm的小間隙尺寸樣品進(jìn)行檢測(cè)。發(fā)現(xiàn)在1.6kV的外加電壓下，ΔP″增加到2.2kPa。如圖18所示，間隙為5μm的樣品由夾在兩個(gè)金屬網(wǎng)電極之間的兩個(gè)水滲透性AAO膜構(gòu)成。

裝置由三個(gè)主要部分構(gòu)成：金屬網(wǎng)電極，其網(wǎng)格尺寸為90μm；AAO膜；和流體通道。請(qǐng)參見(jiàn)圖18和19。高電壓直接施加在金屬網(wǎng)電極上。流體通道由兩個(gè)AAO膜(厚度為64μm)形成，這兩個(gè)AAO膜由PS(聚苯乙烯)微球制成的隔離物隔開(kāi)，間隙尺寸由隔離物尺寸確定。使用了直徑為5.15μm的PS微球。將壓力傳感器置于電極附近以測(cè)量壓差。使用環(huán)氧樹(shù)脂密封件作為通道的側(cè)壁。使用了具有直徑為100納米的均勻孔隙的AAO膜以用于供水。在PMMA膜的孔內(nèi)放置陶瓷(Resbond 920)作為儲(chǔ)水處。使用激光雕刻機(jī)(通用激光系統(tǒng))制備厚度為1毫米的PMMA膜(24毫米×10毫米)。

上部PMMA膜有三個(gè)孔。直徑為6毫米的大孔用來(lái)放置陶瓷，兩個(gè)直徑為0.9毫米的小孔用于連接不銹鋼管。底部PMMA膜僅具有一個(gè)用于供水的大孔。首先，利用環(huán)氧樹(shù)脂將金屬網(wǎng)片和AAO連接至PMMA膜。然后將兩個(gè)直徑為0.9mm的不銹鋼管插入PMMA中的兩個(gè)小孔內(nèi)作為入口和出口。用環(huán)氧樹(shù)脂覆蓋管附近以將其密封。使用直徑為5.15μm的PS微球作為隔離物以分隔兩個(gè)AAO膜。最后，利用環(huán)氧樹(shù)脂將兩個(gè)PMMA膜粘結(jié)在一起，并將陶瓷置于大的孔中以?xún)?chǔ)存水。

實(shí)施例10：測(cè)量方案

按照與實(shí)施例2中所述類(lèi)似的方式進(jìn)行實(shí)施例9中的樣品測(cè)量，不同之處在于使用數(shù)字壓力儀(CWY50)進(jìn)行壓差測(cè)量。為了將全液ER效應(yīng)運(yùn)用到實(shí)際中，使用了具有約5μm的小間隙尺寸的平行板通道，以實(shí)現(xiàn)更大的電場(chǎng)誘導(dǎo)壓力差。不出所料，所觀察到的壓差增量比大樣品的壓差增量大一個(gè)量級(jí)。圖20(測(cè)得的ΔP″和施加于小間隙尺寸(5.15μm)樣品的電壓間的函數(shù)關(guān)系)中的結(jié)果顯示，在小電場(chǎng)區(qū)與外加電場(chǎng)存在二次方關(guān)系的傾向，隨著外加電壓的增大，表現(xiàn)出線性關(guān)系。在大電場(chǎng)區(qū)觀察到了壓力差的飽和行為。與之前的情況類(lèi)似，這種觀測(cè)到的壓力差源于水偶極長(zhǎng)鏈的屈服應(yīng)力。測(cè)得的最大壓力增量為～2.2kPa。當(dāng)用癸烷取代硅油時(shí)，這種效應(yīng)會(huì)消失。值得注意的是，由于夾在電極之間的AAO膜，因此與通道尺寸相比，兩個(gè)電極之間的距離還是很大。與電場(chǎng)間的二次方關(guān)系意味著，當(dāng)兩個(gè)電極間的距離減小時(shí)，屈服應(yīng)力可以達(dá)到MPa的量級(jí)。這所對(duì)應(yīng)的電能量密度高于任何GER材料的電能量密度。