專利名稱：表面改性的電流變液電極板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種表面改性的電流變液電極板，特別涉及一種適用于極性分子型電流變液的表面改性的電流變液電極板。
背景技術(shù)：
電流變液(Electrorheological Fluids，簡(jiǎn)稱ERF)是一種新型的智能功能材料，是由介電顆粒與絕緣液體混合而成的復(fù)雜流體。在沒(méi)有外電場(chǎng)作用下，電流變液呈液體狀態(tài)，當(dāng)外加電場(chǎng)作用于電流變液時(shí)，電流變液的剪切強(qiáng)度隨電場(chǎng)的增加而變大。當(dāng)電場(chǎng)足夠大時(shí)，電流變液轉(zhuǎn)變成類似固體物質(zhì)。且這種剪切強(qiáng)度轉(zhuǎn)變是可逆的，響應(yīng)時(shí)間為毫秒量級(jí)。由于其獨(dú)一無(wú)二的的軟硬可調(diào)的特性，使其在工業(yè)、軍事等領(lǐng)域有非常廣泛的應(yīng)用前景。
在進(jìn)行電流變液的性能測(cè)試還是實(shí)際應(yīng)用中，通常均采用金屬極板作為正、負(fù)電極。由于傳統(tǒng)的電流變液基于顆粒間極化相互作用，且剪切強(qiáng)度較低，一般不超過(guò)10kPa，金屬極板處基本達(dá)到電流變液相互作用的條件，金屬極板能滿足對(duì)電流變液材料的流變性能的測(cè)量和實(shí)際應(yīng)用。
對(duì)于極性分子型電流變液，其屈服強(qiáng)度達(dá)數(shù)百kPa或更高，比傳統(tǒng)電流變液的高幾十倍以上，動(dòng)態(tài)剪切強(qiáng)度也大大提高。通常金屬電極板表面處不滿足極性分子取向和作用條件，電流變液與電極板表面之間會(huì)發(fā)生“打滑”。因此使用普通金屬電極板，得到的電流變液剪切強(qiáng)度比實(shí)際值低得多，將嚴(yán)重影響電流變液材料的實(shí)際應(yīng)用。盡管使用表面粗糙的金屬電極板也可減輕“打滑”，使測(cè)量得到的電流變液剪切強(qiáng)度增大約一倍，但容易產(chǎn)生金屬極板粗糙表面的放電，不利于施加高電場(chǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種克服電流變液與電極板表面之間的“打滑”，使極板處電流變液剪切強(qiáng)度接近其本身剪切強(qiáng)度真實(shí)值，同時(shí)可使漏電流明顯減小的表面改性的電流變液電極板。
本發(fā)明的表面改性的電流變液電極板，在金屬電極板的表面添加粗糙、耐磨、電導(dǎo)率低的改性層，增大電流變液與極板附著力。
所述的表面改性層材料電極板表面處理的改性層材料可為無(wú)機(jī)、有機(jī)、金屬、或其混合材料，選自金剛石、氧化鋁、氧化鈦、碳化硅、氮化鈦、尼龍、聚四氟乙烯、粘結(jié)劑、膠膜中的至少一種。
本發(fā)明的表面改性的電流變液電極板，在金屬電極板的表面通過(guò)機(jī)械加工、噴鍍、化學(xué)沉積、粘接、鍍膜、燒結(jié)或滲透的方法添加改性層。
本發(fā)明的表面改性的電流變液電極板，改性層的形態(tài)為規(guī)則或不規(guī)則的顆粒狀、條紋狀、網(wǎng)格狀。改性層的厚度為1μm～1mm，改性層材料在金屬電極表面的面積占10％～100％，顆粒尺度范圍為100nm～0.5mm，條紋或網(wǎng)格的間距為0.1～3mm。
本發(fā)明所述的表面改性的電流變液電極板，通過(guò)添加改性層，提高電流變液與極板附著力，使極板處電流變液剪切強(qiáng)度接近其本身剪切強(qiáng)度真實(shí)值，從而使電流變液能有效實(shí)際應(yīng)用。同時(shí)可使電流變液器件漏電流減小，擊穿電壓提高。用改進(jìn)的電流變液電極板，可作為電流變液應(yīng)用時(shí)的正、負(fù)電極，應(yīng)用于工程電流變液器件。


圖1是用銅表面粘接二氧化鈦粉末的電極和表面粗糙銅電極測(cè)量的電流變液性能比較，電極經(jīng)表面處理與未經(jīng)表面處理相比，可使電流變液的屈服強(qiáng)度提高一倍(圖1a)，而電流密度基本上無(wú)變化(圖1b)；圖2是用金屬表面噴涂三氧化二鋁顆粒電極與光滑金屬片電極測(cè)量的電流變液性能的比較，電極經(jīng)表面處理與未經(jīng)表面處理相比，可使電流變液的屈服強(qiáng)度提高四倍(圖2a)，電流密度降低約五倍(圖2b)；圖3是用不銹鋼表面鍍金剛石顆粒電極與光滑金屬片電極測(cè)量的電流變液性能的比較，電極經(jīng)表面處理與未經(jīng)表面處理相比，可使電流變液的屈服強(qiáng)度提高四倍(圖3a)，電流密度降低約五倍(圖3b)；圖4是用表面粘貼網(wǎng)格電極與粗糙金屬片電極測(cè)量的電流變液性能的比較，電極經(jīng)表面處理與未經(jīng)表面處理相比，可使電流變液的屈服強(qiáng)度提高一倍(圖4a)，電流密度降低約一半(圖4b)；圖5是TiO2電流變液的動(dòng)態(tài)剪切強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1如圖1所示，用化學(xué)粘接法進(jìn)行極板表面改性處理將顆粒尺度約為100nm的固體二氧化鈦顆粒用環(huán)氧樹(shù)脂粘接在銅片表面，在金屬電極表面的面積占90％，厚度約為10μm，以此作為平板粘度計(jì)的正負(fù)電極，測(cè)量二氧化鈦電流變液(包含極性分子)的屈服強(qiáng)度，得到的屈服強(qiáng)度比用粗糙表面的金屬銅作正負(fù)電極的測(cè)量值增高一倍以上，電流密度基本上無(wú)變化。
實(shí)施例2如圖2所示，用表面噴涂法進(jìn)行極板表面改性處理將固體三氧化二鋁顆粒用等離子噴鍍法在鋁片表面，三氧化二鋁顆粒尺度約5μm，改性層厚度約為10μm，在金屬電極表面的面積占100％。以此作為平板粘度計(jì)的正負(fù)電極，測(cè)量Ca-Ti-O電流變液(包含極性分子)的屈服強(qiáng)度，比用光滑金屬片作正負(fù)電極的測(cè)量屈服強(qiáng)度增大近四倍，電流密度降低約五倍。
實(shí)施例3如圖3所示，用化學(xué)和物理法極板表面改性處理將顆粒尺度為15μm的固體金剛石顆粒用金屬鎳粘接在不銹鋼片表面，厚度約為20μm，金剛石顆粒在金屬電極表面的面積占70％。以此作為平板粘度計(jì)的正負(fù)電極，測(cè)量Ca-Ti-O電流變液(包含極性分子)的屈服強(qiáng)度，比用光滑金屬鋁片作正負(fù)電極的測(cè)量屈服強(qiáng)度增大近四倍，電流密度降低約三倍。
實(shí)施例4如圖4所示，用表面粘貼網(wǎng)格進(jìn)行極板表面改性處理將尼龍網(wǎng)格粘貼在銅極板表面，網(wǎng)格厚度為0.4mm，網(wǎng)格線寬0.2mm，網(wǎng)格間距為2mm。尼龍占金屬電極表面的面積約20％。以此作為平板粘度計(jì)的正負(fù)電極，測(cè)量Ca-Ti-O電流變液(包含極性分子)的屈服強(qiáng)度，比用表面粗糙金屬銅片作正負(fù)電極的測(cè)量屈服強(qiáng)度增大近一倍，電流密度降低約50％。
實(shí)施例5用密封轉(zhuǎn)筒法測(cè)量電流變液動(dòng)態(tài)剪切強(qiáng)度時(shí)，將固體金剛石顆粒(尺寸約15μm)粘結(jié)在內(nèi)外轉(zhuǎn)筒表面，厚度約為20μm，在金屬表面的面積占60％。測(cè)量TiO2電流變液(包含極性分子)的動(dòng)態(tài)剪切強(qiáng)度，可解決電流變液與極板打滑問(wèn)題，測(cè)量得很高的動(dòng)態(tài)剪切強(qiáng)度，如圖5所示。在3kV/mm場(chǎng)強(qiáng)時(shí)剪切強(qiáng)度達(dá)到70kPa，用未添加改性層的電極板是不可能測(cè)量得到的。
權(quán)利要求
1.表面改性的電流變液電極板，其特征是，在金屬電極板的表面添加粗糙、耐磨、電導(dǎo)率低的改性層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面改性的電流變液電極板，其特征在于，所述的表面改性層材料選自金剛石、氧化鋁、氧化鈦、碳化硅、氮化鈦、尼龍、聚四氟乙烯、粘結(jié)劑、膠膜中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面改性的電流變液電極板，其特征在于，在金屬電極板的表面通過(guò)機(jī)械加工、噴鍍、粘接、化學(xué)沉積、鍍膜、燒結(jié)或滲透的方法添加改性層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面改性的電流變液電極板，其特征在于，改性層的形態(tài)為規(guī)則或不規(guī)則的顆粒狀、條紋狀、網(wǎng)格狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面改性的電流變液電極板，其特征在于，改性層的厚度為1μm～1mm，改性層材料在金屬電極表面的面積占10％～100％。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的表面改性的電流變液電極板，其特征在于，顆粒尺度范圍為100nm～0.5mm，條紋或網(wǎng)格的間距為0.1～3mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種表面改性的電流變液電極板，在金屬電極板的表面添加粗糙、耐磨、電導(dǎo)率低的改性層，表面改性層材料選自金剛石、氧化鋁、氧化鈦、碳化硅、氮化鈦、尼龍、聚四氟乙烯、粘結(jié)劑、膠膜中的至少一種。通過(guò)添加改性層，提高電流變液與極板附著力，使極板處電流變液剪切強(qiáng)度接近其本身剪切強(qiáng)度真實(shí)值，從而使電流變液能有效實(shí)際應(yīng)用。同時(shí)可使電流變液器件漏電流減小，擊穿電壓提高。
文檔編號(hào)C10N40/14GK101089165SQ20061001225
公開(kāi)日2007年12月19日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院物理研究所