專利名稱：極性分子型電流變液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的電流變液，特別涉及一種極性分子型電流變液。
背景技術(shù)：
電流變液(Electrorheological Fluids)是納米至微米尺寸的顆粒與絕緣液體混合組成的懸浮液，其剪切強(qiáng)度用外電場連續(xù)調(diào)節(jié)，瞬間可由液相變?yōu)楣滔?。電流變液在電場作用下剪切?qiáng)度連續(xù)可調(diào)、快速響應(yīng)和可逆轉(zhuǎn)變的奇特性質(zhì)，是軟硬程度可調(diào)節(jié)的智能材料，具有廣泛和重要的應(yīng)用價值，可以用于離合器、阻尼系統(tǒng)、減震器、制動系統(tǒng)，無級變速、液體閥門、機(jī)電耦合控制、機(jī)器人等，實現(xiàn)機(jī)電一體化智能控制，幾乎所有工業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域，以及軍事上均可廣泛應(yīng)用。
但自20世紀(jì)40年代Winslow發(fā)現(xiàn)電流變液至今，電流變液并沒有得到預(yù)期的應(yīng)用，主要原因是其剪切強(qiáng)度較低，一般約為幾kPa，最高為10kPa，漏電流大，抗沉降性低。通常的電流變液工作原理即在電場作用下，由于顆粒極化發(fā)生相互吸引，電流變液的剪切強(qiáng)度隨電場增大而增高。這類基于顆粒極化相互吸引原理的電流變液稱為“普通電流變液”或“介電電流變液”。這類電流變液的剪切屈服強(qiáng)度極限為10kPa(1kV/mm)。這種低剪切強(qiáng)度的電流變液不能達(dá)到技術(shù)和工業(yè)應(yīng)用的要求。在上世紀(jì)90年代末，中國科學(xué)院物理研究所研制的表面改性復(fù)合鈦酸鍶電流變液(CN1190119)在3kV/mm的電場作用下，剪切屈服強(qiáng)度僅達(dá)30kPa。
現(xiàn)有文獻(xiàn)和專利絕大部分是關(guān)于傳統(tǒng)電流變液的材料和技術(shù)。CN1490388公開了一種表面包覆尿素的鈦酸鋇電流變液，稱之為巨電流變液，其公開了復(fù)合顆粒提出保護(hù)的是促進(jìn)劑(promoter)，包括了尿素、丁酰胺、乙酰胺。其靜態(tài)屈服強(qiáng)度達(dá)130kPa，其原理是基于顆粒表面包覆層的作用，稱之為包覆層飽和極化原理。這種電流變液主要局限是需在顆粒表面進(jìn)行包覆，所報道的電流變液的電流密度大，在5kV/mm時，電流密度達(dá)數(shù)百μA/cm2，在低電場時屈服強(qiáng)度低，如2kV/mm時的屈服強(qiáng)度約為30-40kPa，同時鈦酸鋇在120℃左右會發(fā)生相變，影響其實際應(yīng)用。文獻(xiàn)報道一種摻質(zhì)二氧化鈦電流變液及其制備方法，主要是一種摻質(zhì)二氧化鈦電流變液。采用溶膠—凝膠法，通過在二氧化鈦中摻質(zhì)強(qiáng)極性的酰胺類或其衍生物分子，形成微米或納米尺寸的摻質(zhì)二氧化鈦顆粒，再與甲基硅油配制而成，摻質(zhì)TiO2與甲基硅油按體積分?jǐn)?shù)配制成30％電流變液，獲得高屈服強(qiáng)度電流變液。CN1752195公開了一種鈦酸鈣電流變液及其制備方法，主要是無水鈦酸鈣電流變液，是以草酸共沉淀法制備的鈦酸鈣顆粒與二甲基硅油配制而成，具有強(qiáng)電流變效應(yīng)。鈦酸鈣顆粒與二甲基硅油按體積分?jǐn)?shù)30％配制成的電流變液，其屈服強(qiáng)度可達(dá)100kPa以上。但是以上技術(shù)所述的電流變液，漏電流較大，制備選材比較局限，不能得到廣泛的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種克服現(xiàn)有的電流變液剪切強(qiáng)度低、不能滿足工程要求的缺點、克服現(xiàn)有電流變液制備和選材的局限性、剪切強(qiáng)度高、抗沉降性好、漏電流小的極性分子型電流變液。
本發(fā)明的極性分子型電流變液，主要由固體顆粒分散相和液體分散介質(zhì)混合組成，(1)分散相固體顆粒表面和/或液體分散介質(zhì)中含有極性分子或極性基團(tuán)，極性分子或極性基團(tuán)的偶極矩為0.5～10德拜(Debey)，尺寸為0.1～0.8納米；(2)分散相固體顆粒為球形或類球形，顆粒尺寸為10～300納米，優(yōu)選為20～100納米，介電常數(shù)大于50；(3)液體分散介質(zhì)電導(dǎo)率低于10-8S/m，介電常數(shù)低于10。
本發(fā)明所述極性分子或極性基團(tuán)中起作用的極性鍵選自C＝O、O-H、N-H、F-H、C-OH、C-NO2、C-H、C-OCH3、C-NH2、C-COOH、C-Cl、N＝O中的至少一種。
本發(fā)明所述分散相固體顆粒表面的極性分子或極性基團(tuán)是在分散相固體顆粒的制備過程中添加或保留，或在制備好的顆粒表面上添加或組裝。極性分子或極性基團(tuán)在分散相中的摩爾分?jǐn)?shù)為0.01～50％。
本發(fā)明的極性分子型電流變液，所述液體分散介質(zhì)中的極性分子或極性基團(tuán)的摩爾分?jǐn)?shù)為0.1～100％。
本發(fā)明的極性分子型電流變液，固體顆粒分散相與液體分散介質(zhì)充分混合，固體顆粒分散相在電流變液中的體積分?jǐn)?shù)為5～50％。
本發(fā)明的極性分子型電流變液，所述極性分子或極性基團(tuán)，可為顆粒表面的極性分子或極性基團(tuán)，顆粒表面的極性分子或極性基團(tuán)可在顆粒的制備過程中加入或故意保留，也可以在制備好的顆粒上添加或組裝，即分散相固體顆粒自身含有的極性分子或極性基團(tuán)，或者在制備好的固體顆粒的表面添加，或者在固體顆粒的制備過程中添加極性分子或極性基團(tuán)，無論何種方式添加的極性分子或極性基團(tuán)，在電路變液中所起作用的都是附著或裸露在固體顆粒表面的那部分極性分子或極性基團(tuán)。此時，所述的液體分散介質(zhì)選自硅油、礦物油、機(jī)油、烴油等常規(guī)液體分散介質(zhì)以及含所述極性分子或極性基團(tuán)的極性液體的至少一種。
本發(fā)明的極性分子型電流變液，所述極性分子或極性基團(tuán)，也可為分散介質(zhì)中包含的極性分子或極性基團(tuán)。所述分散介質(zhì)可為單一化學(xué)組成的極性液體，或包含極性分子或極性基團(tuán)混合液體。極性分子或極性基團(tuán)為分散介質(zhì)所包含時，固體顆粒分散相可含有極性分子或極性基團(tuán)，也可不含極性分子或極性基團(tuán)。
本發(fā)明的極性分子型電流變液，所用的高介電常數(shù)顆?？蔀闊o機(jī)物、有機(jī)物，或無機(jī)有機(jī)復(fù)合物，所述的顆?？梢杂脷庀嗪铣伞⒁合嗪铣?、固相合成法制備。
本發(fā)明的極性分子型電流變液，在其制備過程中，固體顆粒分散相與液體分散介質(zhì)采用超聲、球磨機(jī)等方式充分混合。
本發(fā)明通過在分散相和/或分散介質(zhì)中加入極性分子或極性基團(tuán)，或選用含極性鍵的分散相和/或分散介質(zhì)，在電場作用下，電流變液中顆粒發(fā)生極化相互吸引而靠近，顆粒間局域電場隨著顆?？拷鰪?qiáng)，可比外電場約高千倍。此區(qū)域顆粒間的極性分子或極性基團(tuán)在高局域電場作用下沿電場取向，這些取向極性分子與顆粒上極化電荷發(fā)生很強(qiáng)吸引作用，使電流變液剪切屈服強(qiáng)度比傳統(tǒng)電流變液大大提高。起作用的極性分子或極性基團(tuán)的偶極矩愈大，尺寸愈小，或數(shù)目愈多，屈服強(qiáng)度愈高。當(dāng)電場切斷時，顆粒間局域電場消失，取向極性分子恢復(fù)到無規(guī)吸附狀態(tài)，極化電荷也消失，電場引起的電流變效應(yīng)隨之消失。
本發(fā)明的極性分子型電流變液，具有優(yōu)良電流變特性，極性分子或極性基團(tuán)和高介電常數(shù)球形顆粒對提高電流變效應(yīng)起關(guān)鍵作用，屈服強(qiáng)度高，屈服強(qiáng)度與電場強(qiáng)度呈線性關(guān)系，在低電場下具有高屈服強(qiáng)度等特點，比傳統(tǒng)電流變液提高近百倍，可達(dá)200kPa以上，動態(tài)剪切強(qiáng)度高，在電場強(qiáng)度為3kV/mm時可達(dá)到60kPa以上?？钩两敌院?、漏電流小，在電場強(qiáng)度為5kV/mm時，電流密度小于20μA/cm2。


圖1是含C＝O和C-NH2極性基團(tuán)的二氧化鈦納米顆粒制備的電流變液的剪切屈服強(qiáng)度與電場強(qiáng)度關(guān)系圖(左圖)，電流密度與電場強(qiáng)度關(guān)系圖(右圖)；圖2是以含C＝O和C-NH2極性基團(tuán)的二氧化鈦納米顆粒制備的電流變液，剪切屈服強(qiáng)度及電流密度與電場強(qiáng)度關(guān)系；圖3是以含C＝O和C-NH2極性基團(tuán)的的二氧化鈦納米顆粒制備的電流變液，不同電場強(qiáng)度下動態(tài)剪切強(qiáng)度與切變速率的關(guān)系；圖4是包含O-H，C＝O極性基團(tuán)的二氧化鈦納米顆粒制備的電流變液，剪切屈服強(qiáng)度及電流密度與電場強(qiáng)度關(guān)系；圖5是包含O-H，C＝O極性基團(tuán)的鈦酸鈣納米顆粒制備的電流變液，剪切屈服強(qiáng)度及電流密度與電場強(qiáng)度關(guān)系；圖6是不包含包含極性基團(tuán)或極性分子的普通TiO2顆粒制備的電流變液的剪切屈服強(qiáng)度與電場強(qiáng)度關(guān)系；圖7是不同溫度加熱的顆粒含C＝O和C-NH2極性基團(tuán)的二氧化鈦納米顆粒制備的電流變液的剪切屈服強(qiáng)度特性；圖8是包含O-H及C＝O極性基團(tuán)在鈦酸鈣納米顆粒，在500℃加熱2小時，制備的電流變液的剪切屈服強(qiáng)度特性；圖9是表面包覆尿素的鈦酸鋇電流變液與本發(fā)明的極性分子性電流變液的典型結(jié)果(實施例2)比較；(a)本發(fā)明的電流變液的屈服強(qiáng)度與電場強(qiáng)度關(guān)系，(b)表面包覆尿素的鈦酸鋇電流變液屈服強(qiáng)度與電場強(qiáng)度關(guān)系，(c)表面包覆尿素的鈦酸鋇電流變液電流密度與電場強(qiáng)度關(guān)系。
圖10是制備的二氧化鈦納米顆粒的掃描電鏡照片，顆粒為球形，平均尺寸為50納米。
具體實施例方式
實施例1通過加入乙酰胺制備含C＝O和C-NH2極性基團(tuán)的二氧化鈦納米顆粒電流變液。分散相為二氧化鈦納米顆粒，分散介質(zhì)為硅油。二氧化鈦納米顆粒為球型，尺寸為50～100納米，介電常數(shù)為1000。C＝O和C-NH2極性基團(tuán)的偶極矩為2.3～2.76Debey和1.2～1.5Debey。在制備成的二氧化鈦納米顆粒中，C＝O和C-NH2極性基團(tuán)摩爾分?jǐn)?shù)為20％。
(1)通過摻質(zhì)乙酰胺制備含C＝O和C-NH2極性基團(tuán)的二氧化鈦納米顆粒。
顆粒采用溶膠凝膠制備組份1；將30ml Ti(OC4H9)4溶解于210ml無水乙醇中，加入鹽酸調(diào)節(jié)溶液的PH值到1～3；組份240ml去離子水和150ml無水乙醇均勻混合組份330g乙酰胺溶于20ml去離子水中在強(qiáng)力攪拌下將組份2加入組份1后，立即加入組份3，繼續(xù)攪拌直到形成無色透明的凝膠。將凝膠在室溫下老化直到有溶液析出，低溫真空干燥得到白色粉末，將此粉末多次洗滌、離心分離、抽濾后，在箱式爐中于50℃下干燥48小時以上，再在120℃干燥3小時，得到含C＝O和C-NH2極性基團(tuán)的球型二氧化鈦納米顆粒。尺寸為50～100納米，介電常數(shù)約為1000。在制備成的二氧化鈦納米顆粒中，C＝O和C-NH2極性基團(tuán)摩爾分?jǐn)?shù)為20％。
(2)將C＝O和C-NH2極性基團(tuán)的二氧化鈦納米顆粒與10#硅油混合，用球磨機(jī)強(qiáng)力攪拌3小時以上，達(dá)到使顆粒充分分散，形成電流變液。顆粒占總體積的體積分?jǐn)?shù)為30％。其剪切屈服強(qiáng)度可達(dá)100kPa，電流密度低于10μA/cm2，如圖1所示。
實施例2通過摻質(zhì)尿素制備含C＝O和C-NH2極性基團(tuán)的二氧化鈦納米顆粒電流變液，分散相為二氧化鈦納米顆粒，分散介質(zhì)為硅油。圖10所示制備的二氧化鈦納米顆粒的掃描電鏡照片，顆粒為球形，平均尺寸為50納米，介電常數(shù)約為500。C＝O和C-NH2極性基團(tuán)的偶極矩為2.3～2.76 Debey和1.2～1.5 Debey。二氧化鈦納米顆粒中C＝O和C-NH2極性基團(tuán)的摩爾分?jǐn)?shù)為15％。
(1)通過摻質(zhì)尿素制備含C＝O和C-NH2極性基團(tuán)的二氧化鈦納米顆粒。
顆粒采用溶膠凝膠法制備組份130mlTi(OC4H9)4溶解于150ml無水乙醇中，加入鹽酸調(diào)節(jié)溶液的PH值；組份240ml去離子水溶于250ml無水乙醇，再加入2ml二乙醇胺調(diào)節(jié)鈦酸四丁酯的水解縮合反應(yīng)；組份330g尿素溶于20ml水中；將組份2在強(qiáng)力攪拌下滴加入組份1后，立即加入第三組份，繼續(xù)攪拌直到形成無色透明的凝膠。將凝膠在室溫下陳化7天后，在真空下低溫干燥得到白色粉末，將此粉末用去離子水和無水乙醇多次洗滌、離心分離、抽濾后，于50℃下干燥48小時，再在120℃干燥3小時，得到含C＝O和C-NH2極性基團(tuán)的球形二氧化鈦納米顆粒，平均尺寸為50納米，介電常數(shù)約為500。C＝O和C-NH2極性基團(tuán)的偶極矩為2.3～-2.76 Debey和1.2～1.5 Debey。顆粒中C＝O和C-NH2極性基團(tuán)摩爾分?jǐn)?shù)為15％。
(2)將二氧化鈦納米顆粒與10#硅油混合，用球磨機(jī)強(qiáng)力攪拌3小時以上，達(dá)到使顆粒充分分散，形成形成均勻電流變液，體積分?jǐn)?shù)為30％，其剪切屈服強(qiáng)度可達(dá)200kPa以上，如圖2所示，在電場強(qiáng)度為5kV/mm時，電流密度小于20μA/cm2，在電場強(qiáng)度為2kV/mm時，屈服強(qiáng)度可達(dá)100kPa。在3kV/mm時動態(tài)剪切強(qiáng)度達(dá)到60kPa以上，如圖3所示。
實施例3包含O-H及C＝O極性基團(tuán)的二氧化鈦納米顆粒電流變液，分散相為二氧化鈦，分散介質(zhì)為硅油，極性基團(tuán)在二氧化鈦納米顆粒制備過程中保留，二氧化鈦納米顆粒為球形，平均尺寸為50納米，介電常數(shù)約為500。O-H及C＝O極性基團(tuán)的偶極矩為2.3～2.76 Debey和1.51 Debey。顆粒中極性基團(tuán)O-H及C＝O摩爾分?jǐn)?shù)為5％。
(1)采用溶膠凝膠制備顆粒選用鈦酸四丁酯作為原料，水作為反應(yīng)劑，無水乙醇作為溶劑。在強(qiáng)力攪拌的條件下，將水的乙醇溶液滴加到鈦酸四丁酯的無水乙醇溶液中，滴加完畢后繼續(xù)攪拌直到凝膠生成。凝膠陳化若干天后真空干燥成白色粉末，將該粉末多次洗滌抽濾后置于50℃的烘箱中干燥72小時以上，再在120℃烘干2小時，得到所需的納米TiO2顆粒。顆粒為球形，平均尺寸為50納米。通過洗滌時間和次數(shù)控制顆粒中極性基團(tuán)O-H及C＝O的存留量。顆粒中極性基團(tuán)O-H及C＝O摩爾分?jǐn)?shù)為5％，偶極矩分別為1.51和2.3～2.7 Debey。
(2)將該納米TiO2顆粒與粘度為200mm2/s的二甲基硅油混合，用球磨機(jī)強(qiáng)力攪拌3小時以上，達(dá)到使顆粒充分分散，形成電流變液。顆粒體積分?jǐn)?shù)為30％，得到的電流變液的剪切屈服強(qiáng)度可達(dá)150kPa以上，如圖4所示。在電場強(qiáng)度為2kV/mm時，屈服強(qiáng)度可達(dá)近100kPa，在電場強(qiáng)度為5kV/mm時，電流密度小于20μA/cm2。
實施例4包含極性基團(tuán)的鈦酸鈣納米顆粒電流變液，分散相為鈦酸鈣納米顆粒，分散介質(zhì)為硅油。O-H及C＝O極性基團(tuán)在鈦酸鈣納米顆粒制備過程中保留。鈦酸鈣納米顆粒為球形，平均尺寸為50納米，介電常數(shù)約為300。O-H及C＝O極性基團(tuán)的偶極矩分別為1.51和2.3～2.7 Debey。顆粒中極性基團(tuán)O-H及C＝O摩爾分?jǐn)?shù)為25％。
(1)用共沉淀法制備鈦酸鈣納米顆粒組份1將30ml四氯化鈦與無水乙醇按摩爾比1∶25，混合均勻；組份2將無水氯化鈣以2mol/l溶于去離子水，配制成水溶液；在60℃水浴中攪拌，將組份1和組份2充分混合，用鹽酸調(diào)節(jié)溶液PH值為4，得混合溶液1+2；組份3將草酸以溶解于去離子水中，配制成2mol/l溶液；將組份3滴入混合溶液1+2中，三種溶液的混合體積比為2∶1∶2。將生成的沉淀在60℃下陳化12小時，用去離子水洗滌、過濾，干燥120小時以上，再在120℃干燥3小時，即得到50-100納米鈦酸鈣球形顆粒。通過洗滌時間和次數(shù)控制顆粒中極性基團(tuán)O-H及C＝O的存留量。包含O-H，C＝O極性基團(tuán)由紅外光譜分析驗證，顆粒中極性基團(tuán)O-H及C＝O摩爾分?jǐn)?shù)約為25％。O-H，C＝O極性基團(tuán)的偶極矩分別為1.51和2.3～2.7Debey。
(2)將該鈦酸鈣顆粒與粘度為50#甲基硅油混合，用球磨機(jī)強(qiáng)力攪拌3小時以上，達(dá)到使顆粒充分分散，形成電流變液。顆粒體積分?jǐn)?shù)為30％。在電場強(qiáng)度為5kV/mm時，屈服強(qiáng)度可達(dá)200kPa以上電流密度小于1μA/cm2，在電場強(qiáng)度為2kV/mm時，屈服強(qiáng)度可達(dá)90kPa，如圖5所示。
實施例5包含極性基團(tuán)鈦酸鋰鑭納米顆粒電流變液，分散相為鈦酸鋰鑭納米顆粒，分散介質(zhì)為硅油。O-H及C＝O極性基團(tuán)在鈦酸鋰鑭納米顆粒制備過程中保留。顆粒為球形，平均尺寸為50納米，介電常數(shù)約為400。顆粒中極性基團(tuán)O-H及C＝O摩爾分?jǐn)?shù)為15％，O-H及C＝O極性基團(tuán)的偶極矩分別為1.51和2.3～2.7 Debey。
(1)采用共沉淀法制備鈦酸鋰鑭顆粒的步驟如下選用LiCl·H2O，LaCl3·7H2O，Ti(OC4H9)4為原料，草酸(C2H2O4·2H2O)為共沉淀劑。沉淀產(chǎn)物為Li3xLa2/3-xTi(C2O4)2，將沉淀用去離子水和乙醇多次洗滌，抽濾后在50℃下烘干48小時以上，120℃加熱3小時，得到白色的LixLa2/3-xTi(C2O4)2顆粒。顆粒為球形，平均尺寸為50納米。顆粒中包含O-H，C＝O極性基團(tuán)，摩爾分?jǐn)?shù)為15％。
(2)將合成的鈦酸鋰鑭顆粒與粘度為200mm2/s的二甲基硅油以體積分?jǐn)?shù)30％混合，用球磨機(jī)強(qiáng)力攪拌3小時以上，達(dá)到使顆粒充分分散，得到電流變液。電流變液屈服強(qiáng)度可達(dá)90kPa以上，電流密度小于20μA/cm2。
實施例6甲酰胺附著鈦酸鍶納米顆粒的電流變液，用購買的鈦酸鍶納米顆粒，介電常數(shù)為300。按摩爾比為2∶100的比例，將甲酰胺液體與鈦酸鍶納米顆粒均勻混合，甲酰胺極性分子的偶極矩為3.73 Debey。在50℃烘2小時，使甲酰胺附著于鈦酸鍶納米顆粒。將顆粒與200mm2/s的二甲基硅油以體積分?jǐn)?shù)30％均勻混合，得到電流變液，屈服強(qiáng)度可達(dá)20kPa，比不加甲酰胺極性分子的普通電流變液屈服強(qiáng)度(低于1kPa)大大提高。但購買的鈦酸鍶納米顆粒為方形，并非球形，因而屈服強(qiáng)度不能達(dá)到很高。
實施例7分散介質(zhì)中包含極性分子或極性基團(tuán)的電流變液，將乙酸乙脂與黏度為200mm2/s的二甲基硅油以摩爾比3∶10均勻混合，配制成包含極性分子的均勻液體，以此作為分散介質(zhì)。乙酸乙脂極性分子的偶極矩為1.78Debey。用購買的尺寸為100-200納米，介電常數(shù)為300鈦酸鍶顆粒作為分散相，以體積分?jǐn)?shù)30％均勻混合。得到電流變液，屈服強(qiáng)度可達(dá)30kPa。比用純硅油與鈦酸鍶顆粒配置的普通電流變液屈服強(qiáng)度(低于1kPa)大大提高。但購買的鈦酸鍶納米顆粒為方形，并非球形，因而屈服強(qiáng)度不能達(dá)到很高。
將乙酸乙脂與黏度為200mm2/s的二甲基硅油以摩爾比為0.5∶10，1∶10，2∶10進(jìn)行混合，可獲得類似結(jié)果。
比較實施例8將上述實施例6、7中所使用的尺寸為100～200納米的鈦酸鋇或鈦酸鍶顆粒與粘度為200mm2/s的二甲基硅油均勻混合，鈦酸鋇或鈦酸鍶顆粒的體積分?jǐn)?shù)為30％，得到的電流變液的剪切屈服強(qiáng)度均低于1kPa。
比較實施例9普通TiO2顆粒，尺寸為200納米，與粘度為200mm2/s的二甲基硅油均勻混合，顆粒體積分?jǐn)?shù)為30％，得到的不包含極性基團(tuán)或極性分子的電流變液，剪切屈服強(qiáng)度僅為幾十帕，如圖6所示。為典型普通電流變液。
比較實施例10將實施例2中的摻質(zhì)尿素制備含C＝O和C-NH2極性基團(tuán)的二氧化鈦納米顆粒，實施例4中包含O-H及C＝O極性基團(tuán)在鈦酸鈣納米顆粒，在500～800℃加熱2小時。紅外光譜分析表明，極性分子和極性基團(tuán)均已揮發(fā)掉。用這些高溫處理過的顆粒，與粘度為200mm2/s的二甲基硅油均勻混合，顆粒體積分?jǐn)?shù)為30％，得到的電流變液的則失去剪切屈服強(qiáng)度特性。
含C＝O和C-NH2極性基團(tuán)的二氧化鈦納米顆粒在800℃加熱2小時后，制成的電流變液的則完全失去剪切屈服強(qiáng)度特性，如圖7所示。
包含O-H及C＝O極性基團(tuán)在鈦酸鈣納米顆粒，在500℃加熱2小時后，制成的電流變液的則完全失去剪切屈服強(qiáng)度特性，如圖8所示。
將包含極性基團(tuán)或極性分子的顆粒，在高溫加熱，使極性基團(tuán)或極性分子揮發(fā)掉，失去極性基團(tuán)或極性分子的顆粒制備成的電流變液剪切屈服強(qiáng)度很低，充分說明含有極性基團(tuán)或極性分子的電流變液剪切屈服強(qiáng)度高。
比較實施例11將實施例2所述的電流變越與表面包覆尿素的鈦酸鋇電流變液的結(jié)果進(jìn)行比較，如圖9所示。
表面包覆尿素的鈦酸鋇電流變液在2kV/mm時屈服強(qiáng)度約為30kPa，實施例2所述的電流變液的屈服強(qiáng)度在2kV/mm時約為100kPa。而且實施例2的電流變液屈服強(qiáng)度與電場呈線性關(guān)系。表面包覆尿素的鈦酸鋇電流變液的漏電流密度在5kV/mm時為300μA/cm2。實施例2的電流變液電流密度在5kV/mm時，為20μA/cm2以下，有些低于1μA/cm2，如圖5所示。比表面包覆尿素的鈦酸鋇電流變液的漏電流密度低10倍到100倍以上。充分說明本發(fā)明的極性分子型電流變液，具有屈服強(qiáng)度高，動態(tài)剪切強(qiáng)度高，漏電流小，屈服強(qiáng)度與電場強(qiáng)度呈線性關(guān)系，在低電場下具有高屈服強(qiáng)度等特點。
權(quán)利要求
1.一種極性分子型電流變液，主要由固體顆粒分散相和液體分散介質(zhì)混合組成，其特征是，(1)分散相固體顆粒表面和/或液體分散介質(zhì)中含有極性分子或極性基團(tuán)，極性分子或極性基團(tuán)的偶極矩為0.5～10德拜，尺寸為0.1～0.8納米；(2)分散相固體顆粒為球形或類球形，顆粒尺寸為10～300納米，介電常數(shù)大于50；(3)液體分散介質(zhì)電導(dǎo)率低于10-8S/m，介電常數(shù)低于10。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極性分子型電流變液，其特征在于所述的分散相固體顆粒的尺寸為20～100納米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極性分子型電流變液，其特征在于，所述極性分子或極性基團(tuán)中起作用的極性鍵選自C＝O、O-H、N-H、F-H、C-OH、C-NO2、C-H、C-OCH3、C-NH2、C-COOH、C-Cl、N＝O中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極性分子型電流變液，其特征在于，所述分散相固體顆粒表面的極性分子或極性基團(tuán)是在分散相固體顆粒的制備過程中添加或保留，或在制備好的顆粒表面上添加或組裝。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的極性分子型電流變液，其特征在于，所述極性分子或極性基團(tuán)在分散相中的摩爾分?jǐn)?shù)為0.01～50％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極性分子型電流變液，其特征在于，所述液體分散介質(zhì)中的極性分子或極性基團(tuán)的摩爾分?jǐn)?shù)為0.1～100％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極性分子型電流變液，其特征在于，固體顆粒分散相與液體分散介質(zhì)充分混合，固體顆粒分散相在電流變液中的體積分?jǐn)?shù)為5～50％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種極性分子型電流變液，主要由固體顆粒分散相和液體分散介質(zhì)混合組成，分散相固體顆粒表面和/或液體分散介質(zhì)中含有極性分子或極性基團(tuán)，極性分子或極性基團(tuán)的偶極矩為0.5～10德拜，尺寸為0.1～0.8納米；分散相固體顆粒為球形或類球形，顆粒尺寸為10～300納米，介電常數(shù)大于50；液體分散介質(zhì)電導(dǎo)率低于10
文檔編號C10N40/14GK101089164SQ20061001225
公開日2007年12月19日 申請日期2006年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月15日
發(fā)明者陸坤權(quán), 沈容, 王學(xué)昭 申請人:中國科學(xué)院物理研究所