基于聚合物织物磁性电介质影响磁流变弹性体,硅橡胶,磁流变悬架

文摘

我们制造一个混合磁流变弹性体(hMRE)基于超细纤维布浸泡的混合物磁流变悬架(夫人)和硅橡胶(SR)。两个平行的铜电极hMRE和电容相连测量作为时间的函数 ,磁通密度的固定值 。我们表明,稳定时间和明智的影响吗 ,而相对介电常数增加两个数量级达到340吨。我们解释物理机制导致观察到的磁性电介质的影响。结果可用于各种生物医学应用,如制造活跃的生物磁效应膜用于牙科移植学。

1。介绍

磁流变弹性体(绝笔)与磁流变悬浮液(夫人)和凝胶(著)属于类的活跃的磁性材料。它们包括一个弹性矩阵,(即。,natural/silicone rubber, etc.) in which ferro/ferrimagnetic nano/microparticles [1- - - - - -8)和添加剂(9- - - - - -11分散。在磁场绝笔的弹性状态和电气特性可以明智地改变由于形成内部骨料的弹性矩阵。这个属性的绝笔通常用于汽车工业制造磁阻尼器的冲击和振动12,13]。

形成平行的金属粒子链增加磁场强度会导致电导率显著变化的绝笔(14),这种效应的材料可用于制造旨在屏蔽电磁辐射(15,16]。然而,达到预先制定的电特性值的绝笔不是一个瞬间的过程,由于磁偶极子在粘性或粘弹介质移动(17]。利用吸收的海绵,在18)高稳定的电气性能在应用程序外部磁场的报道。众所周知,成功地用于制造夫人的动态假体在口腔外科13),因为它会增加植入物的定位精度(19),它从口腔隔离病人的骨头(20.,21]。

在这里,我们提出一个低成本的制造方法的混合绝笔(hMRE)的电气性能是稳定的,当一个磁场。我们现在hMRE的制造过程,描述了实验装置用于揭示磁性电介质的影响。结果表明,相对介电常数增加到两个数量级当磁通密度达到340吨。结果可以用于制造生物活性膜用于牙科移植学和颌面外科22,23)代替有机膜的超细纤维布聚(D, L-lactide)。这个目标,第一步已经完成(24),它显示了0.5 g的溶解聚(D, L-lactide) 30毫升氯仿,紧随其后的是0.10克生物玻璃的色散,生物活性膜可以获得。添加铁/亚铁磁性粉末会导致形成生物磁效应活跃的膜,可以显著减少骨骼生长的时间以及增加骨的质量。

2。材料和方法

hMRE的材料用于制造硅油(所以)硅胶Commerciale SpA、粘度100 cSt,密度0.97克/厘米³在298 K,点火温度583 K;羰基铁从西格玛奥德里奇(CI)粉末粒子直径在4.5和5.4之间m;和分钟。97%的铁含量,硅橡胶(SR),从Globalsimchimica类型Globasil AL / 40,催化剂(C),类型Rhodosil渺位6 h,从蓝星硅树脂,和吸水超细纤维布,从埃类型Scotch-Brite,厚度0.45毫米。

准备按照下列程序执行的绝笔。最初,三个squared-shape超细纤维布在尺寸减少30毫米30毫米(图1)。里面的三个超细纤维的衣服,两条平行的铜导体直径0.24毫米,位于距离20毫米除了彼此,介绍(图2)。

然后,三个超细纤维布放置在彼此之上,与包含铜电极的一个在中间,然后用棉花纤维缝(吸收剂/电阻体;图3)。第三,10厘米的体积³在523 K夫人准备大约10分钟含有30%浓缩的质量。所以和70%浓缩的质量。的词,然后是均质,直到它达到353 K。吸收剂的身体是加权,然后浸30分钟与夫人太太获得系统浸泡保存在室温下放置1小时,而多余的夫人是排水。然后,身体再次加权和吸收数量发现3.8 g(即。2厘米³)。

最后,一个20厘米的体积³准备组成的20% vol.浓缩的。夫人,70% vol.浓缩的。的老,10% vol.浓缩的。C,然后倒在双方系统的浸泡和夫人在步骤(6)获得。绝笔成为聚合后24小时内,它有一个粗糙的表面。几层SR (90% vol.浓缩的)和C (10% vol.浓缩的)涌上绝笔,从而获得光滑的表面。最后,经过聚合(约24小时)获得hMRE如图4。

整个实验装置的配置用于调查的电电容hMRE在静态磁场图所示5,而一个图像的设置如图6。

3所示。结果和讨论

hMRE介绍偶极之间的电磁铁,通过使用一个RLC桥电电容测量作为时间的函数 ,有和没有外部磁场。在后一种情况下的电容hMRE nF。然而,当 电容的增加而 ,但它仍然是稳定的随着时间的推移,如图7。

普通的电容值( ),计算的变化 以固定的值在图7显示,他们明智地受磁通密度的影响 ,对应于最高的价值 太(见图8(一个)黑点)。

从经验上看,我们发现电容可以近似 在哪里hMRE的电容吗 通过执行符合我们获得= 0.0885 nF, nF一公吨, 。因此,通过引入他们(1),一个获得变异 如图8(一个)(连续黑线)很接近实验数据(黑点)。实验结果还表明电容的测量值非常接近的理论吗 ,支持的经验公式(1)。同样,在 太,电容平均约4.2 nF,因此磁性电介质hMRE内部影响诱导。

为了定量评价这些影响,我们吸收hMRE电子平面电容,电容是由著名的表达式: 和 在哪里真空介电常数,而和hMRE没有的相对介质介电系数,分别有一个磁场,是常见的表面积板块之间的电容,然后呢板之间的距离。因此,通过使用(2)和(3)获得一个衡量hMRE内的磁性电介质的影响引起的磁场,通过 介绍(2)和(3)(4),一个获得表达式

通过使用依赖 和价值 nF(内4我们得到如图8 (b)的变化磁通密度。结果表明,相对介电常数的hMRE强烈依赖于磁通密度,与磁性电介质的影响增加 在= 60吨 在= 340吨。

4所示。结论

一个新的hMRE基于聚合物织物,硅橡胶,夫人已经制造。我们表明,它的介电函数是稳定在外部磁场的存在。我们表明,相对介电常数hMRE可以控制在一个磁场。其值增加两个数量级时,磁通密度从0吨增加到340吨。

获得的效果可用于生物医学应用制造磁场传感器对病人穿心和平缔造者和假肢。特别是,代替聚的超细纤维布(DL-lactide)的膜组成的电解铁粒子和MimetikOss颗粒,hMRE是生物磁效应活性物质开幕在牙科移植学新趋势的可能性。

数据可用性

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的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

本文的结果之间的合作JINR(俄罗斯杜布)和合作伙伴大学/机构从罗马尼亚。财政支持pn - iii - p1 - 1.2 - pccdi - 2017 - 0871 (CNDI-UEFISCDI)项目是承认。

引用

1. y汉,Magneto-Active聚合物力学(Ph值。硕士论文)爱荷华大学,2012。
2. Bica, e·m·安妮塔和l . m . e . Averis”紧张关系和基于聚氨酯弹性体复合材料的变形和磁流变悬架:磁场的影响,“工业和工程化学杂志》上28卷,第90 - 86页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. 诉伯曼猫和g . a . Kardomateas”审查当前的趋势在三明治结构的研究和应用,“复合材料B部分:工程卷,142年,第240 - 221页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. A . k . Bastola l·李,“一种新型的基于磁流变弹性体隔振器,”材料和设计卷,157年,第436 - 431页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. t, s .宣l .丁和x锣,“可伸缩和magneto-sensitive应变传感器基于银nanowire-polyurethane海绵增强磁流变弹性体,”材料和设计卷,156年,第537 - 528页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. d愣,k, y, g . Liu和l .太阳“磁流变弹性体隔离器的行为建模shear-compression混合模式利用人工神经网络优化的模糊算法(ANNOFA)”智能材料和结构,27卷,不。11日,第115026条,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. A·阿齐兹,s . A .担当这一n i伊斯梅尔et al .,“比较评估不同的分散有助于提高磁流变弹性体性质,“智能材料和结构,27卷,不。11日,第117002条,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. 傅j . m . l . Wang Yu, s .气”调查的影响树突Co掺杂粒子在磁流变液的流变特性,”智能材料和结构,27卷,不。10日,第105041条,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. 即Bica、e·m·安妮塔和l . Chirigiu“磁场强度影响飞机电容器基于混合磁流变弹性体与石墨烯纳米粒子,“工业和工程化学杂志》上,56个卷,第412 - 407页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. 即Bica和e·m·安妮塔”,磁场强度和石墨烯浓度对电气和MREs-based膜的流变特性的影响,“智能材料和结构,26卷,不。10日,第105038条,2017年。视图:谷歌学术搜索
11. Bica, e·m·安妮塔鲁,和h·j·崔”效应的磁场强度和阿菲纳米添加剂对电导率和粘度的磁流变羰基铁suspension-based膜,“智能材料和结构,27卷,不。9篇文章ID 095021 2018。视图:谷歌学术搜索
12. w . j . y . Li Li Li和h . Du,“磁流变弹性体设备最先进的审查,”智能材料和结构,23卷,不。12篇文章ID 123001 2014。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. m·拉赫曼z . c . Ong和s . Julai“先进的磁流变阻尼器的审查:他们的设计优化和应用,“浙江大学科学期刊投递的杂志上,18卷,不。12日,第1010 - 991页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. m·舒曼j . Morich t . Kaufhold诉玻姆,k .齐默尔曼和s . Odenbach“导电磁流变弹性体的力学描述在多个时间尺度,“磁学和磁性材料》杂志上卷,453年,第205 - 198页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. m . Sedlacik m . Mrlik诉Babayan,诉Pavlinek”与高效电磁屏蔽磁流变弹性体,”复合结构卷,135年,第204 - 199页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. p . Dominguez-Garcia s Melle j . m .牧师和m·a·卢比奥”扩展聚合动力学的磁流变液,”物理评论E:统计、非线性和软物质物理学,卷76,不。5、文章ID 051403, 2007。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. m . s . Kandelousi、l . Chirigiu Bica,“导电磁流变弹性体的研究,”电场InTech,的哲理,2018年,第3章。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. Bica, e·m·安妮塔·m·Bunoiu b . Vatzulik i Juganaru,“混合磁流变弹性体:磁场和压缩压力的影响在其导电性,”工业和工程化学杂志》上,20卷,不。6,3994 - 3999年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. d . Senkal h . Gurocak依Konukseven,“被动触觉界面与MR-brakes牙科植体手术,”存在:遥控机器人和虚拟环境,20卷,不。3、207 - 222年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. s . c .岛f .党的t . Ceyhanlıb . Bakırarar和b . Unsal“再生手术治疗peri-implantitis使用胶原蛋白膜或集中生长因子:12个月的随机临床试验,”临床牙科植入物和相关研究,20卷,不。5,703 - 712年,2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. m . Trobos a . Juhlin f·a·沙·m·霍夫曼h·萨林,和c . Dahlin”体外评价屏障功能对口腔细菌的密度和膨胀聚四氟乙烯(PTFE)膜引导骨再生,”临床牙科植入物和相关研究,20卷,不。5,738 - 748年,2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
22. m . Rivis p马吕斯,t . Serban et al .,“骨水泥处理对生物材料的力学性能在头颅成形术的临床应用中手术牙科生物材料和组织工程视图项目,“航空杂志上Chimie,卷90,不。4 p。990年,2018年。视图:谷歌学术搜索
23. A . Makowiecki Botzenhart, j . Seeliger f . Heinemann, p . Biocev和m . Dominiak”的比较研究的早期和延迟加载短组织水平的有效性牙科植入物的亲水表面放置后节mandible-A初步研究,“年报的解剖学卷,212年,第68 - 61页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
24. 马ai Leal, s . g . Caridade j . et al .,“不对称PDLLA膜含有生物玻璃®引导组织再生:特性和体外生物行为,”牙科材料卷,29号4、427 - 436年,2013页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

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