1947年,美国物理学家W.温斯洛发现,把面粉、石灰、淀粉或明胶粉末散布于绝缘的矿物油或者硅油中制成的悬浮液,在外加电场作用下,其表观黏度及剪切应力随电场强度的变化而变化,该现象称为电流变效应。
在无外界电场作用时,固体微粒随机地悬浮分布在基液中,电流变液的力学特性与普通的牛顿流体相近。但在外加电场作用下,固体悬浮微粒被瞬时极化并形成链状或柱状结构,如图所示,电流变液表观黏度急剧增大几个数量级,直至固化。此时,电流变液可承受较大剪切应力,呈现出屈服应力流体的特征。上述变化过程具有瞬时和可逆的特点。
电场作用下,电流变液呈现出屈服应力流体的特征。描述电流变液力学特性的模型为屈服应力流体模型,即:
式中为电场强度;
为表观黏度;屈服应力
,这里
、
为与电流变液材料和固体微粒的体积分数有关的参数,可由实验进行测定。
早期的电流变液性能较差,基本不具备实用性。20世纪80年代末,随着材料科学技术的发展,电流变液的性能得到了突破,现已开始进入实用阶段。
电流变液可通过外加电场,对其表观黏度进行快速、连续且可逆的控制,因此能够通过改变电场实现力矩的可控传递和机构的可逆控制。可用于新型离合器、阻尼器、减振装置和制动装置的研制与开发,在汽车、航空、润滑等领域具有广阔的应用前景。