專(zhuān)利名稱(chēng)：一種新型的摻雜鈰離子中孔二氧化鈦電流變液材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電流變液材料，特別涉及摻雜鈰離子的中孔二氧化鈦電流變液材料。
背景技術(shù)：
電流變液通常由高介電常數(shù)的顆粒分散在絕緣油中組成。受到電場(chǎng)作用時(shí)電流變液自身粘度可發(fā)生突變，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度大于某一值時(shí)電流變液可由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，從而具有較強(qiáng)的抗剪切能力。特別是電流變液的這些變化可受外場(chǎng)大小調(diào)制，具有響應(yīng)快可逆等特點(diǎn)。因此電流變液在許多工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，如減震器、阻尼器、機(jī)器人控制、力矩傳遞裝置等。八十年代后期無(wú)水電流變液研制成功，如英國(guó)專(zhuān)利1501635、2100740A、2170510B等所報(bào)道的聚苯胺及改性聚苯胺等電流變液；美國(guó)專(zhuān)利4,879,056所報(bào)道的硅鋁酸鹽類(lèi)電流變液；日本專(zhuān)利63-97694、7-90287等所報(bào)道的含碳類(lèi)電流變液，中國(guó)專(zhuān)利99115944.6所報(bào)道的稀土摻雜改性的二氧化鈦電流變液等。這些材料所配制的電流變液較好地克服了含水電流變液溫度穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。但這些電流變液的力學(xué)強(qiáng)度(＜10kPa)低，仍不能滿足工業(yè)應(yīng)用要求。最近我們制備了一種具有納米尺寸的新型中孔二氧化鈦電流變材料，其屈服應(yīng)力可達(dá)15kPa，然而由于制備過(guò)程采用的是胺類(lèi)表面活性劑來(lái)誘導(dǎo)中孔結(jié)構(gòu)，所獲得的中孔二氧化鈦電流變顆?？妆谄　⒔Y(jié)晶程度低，導(dǎo)致熱穩(wěn)定性差，從而使電流變性能的穩(wěn)定性變差。同時(shí)該電流變材料的力學(xué)強(qiáng)度(15kPa)仍處于傳統(tǒng)水平，無(wú)法滿足多數(shù)應(yīng)用要求。

發(fā)明內(nèi)容
為解決傳統(tǒng)電流變液的低力學(xué)強(qiáng)度和胺類(lèi)表面活性劑誘導(dǎo)的中孔二氧化鈦電流變顆粒熱穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，本發(fā)明采用先進(jìn)的蒸發(fā)誘導(dǎo)下的三嵌段聚合物自組裝技術(shù)制備了一種不僅熱穩(wěn)定性好，而且具有超高電流變效應(yīng)的摻雜鈰離子的中孔二氧化鈦電流變液材料。其特點(diǎn)是該電流變液具有63kPa(4kV/mm)的屈服強(qiáng)度，比現(xiàn)有的傳統(tǒng)電流變液提高近一個(gè)數(shù)量級(jí)；同時(shí)由于采用了三嵌段聚合物作為中孔結(jié)構(gòu)的誘導(dǎo)劑，顆粒具有更厚和結(jié)晶程度更高的孔壁，表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性。


圖1中孔二氧化鈦電流變液電流變液(18％)在剪切速率3.0S-1下的剪切應(yīng)力與時(shí)間關(guān)系(25℃)圖2中孔二氧化鈦電流變液電流變液屈服應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度(直流)的關(guān)系(25℃)圖3中孔二氧化鈦電流變液電流變液電流密度與電場(chǎng)強(qiáng)度(直流)的關(guān)系(25℃)圖4中孔二氧化鈦電流變液(18％)電流變液的剪切強(qiáng)度與剪切速率的關(guān)系(25℃)圖5中孔二氧化鈦電流變液電流變液(31％)在剪切速率3.0S-1下的剪切應(yīng)力與時(shí)間關(guān)系(25℃)具體實(shí)施方式
所用原料有化學(xué)純四氯化鈦，分析純無(wú)水乙醇，分析純氯化鈰，二次去離子水和聚氧乙烯-聚氧丙烯表面活性劑Pluronic P-123(分子式HO(CH2CH2O)20(CH2CH(CH3)O)70(CH2CH2O)20，、Pluronic F-I27(分子式HO(CH2CH2O)106(CH2CH(CH3)O)70(CH2CH2O)106。將表面活性劑加熱溶解于無(wú)水乙醇中獲得含有表面活性劑的乙醇溶液；將四氯化鈦和氯化鈰溶解于用一定量的濃鹽酸和乙醇配置的溶劑中獲得溶膠前驅(qū)體；在室溫?cái)嚢柘聦⑷苣z前驅(qū)體緩慢加到含有表面活性劑的乙醇溶液之中，滴加完畢后繼續(xù)攪拌5～10分鐘以使反應(yīng)物混合更加均勻，此時(shí)溶液的pH值小于1，形成透明溶液；將此透明溶液倒入敞口的培養(yǎng)皿中恒溫40℃下存放7-14天揮發(fā)溶劑、水和鹽酸完成鈦鹽的凝膠過(guò)程；將塊狀凝膠轉(zhuǎn)入箱式電阻爐中，按1℃/分鐘升溫并在400℃或450℃連續(xù)處理6小時(shí)脫掉模板劑，得到了中孔的摻雜二氧化鈦電流變液分散相材料；最后將此顆粒在150℃干燥8小時(shí)后與經(jīng)烘制過(guò)的硅油按一定的顆粒/硅油體積比用瑪瑙研缽混合均勻，即得到中孔的摻雜二氧化鈦電流變液。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過(guò)程和材料的性能由實(shí)施例和

實(shí)施例一將5克表面活性劑F-I27加熱溶解于20毫升無(wú)水乙醇中獲得含有表面活性劑的乙醇溶液；將17克四氯化鈦，和1.11克氯化鈰溶解于用20毫升的濃鹽酸和乙醇(1∶1)配置的溶劑中獲得溶膠前驅(qū)體；在室溫?cái)嚢柘聦⑷苣z前驅(qū)體緩慢加到含有表面活性劑的乙醇溶液之中，滴加完畢后繼續(xù)攪拌5～10分鐘以使反應(yīng)物混合更加均勻，并用濃鹽酸調(diào)節(jié)pH值為1，形成透明溶液；然后將此透明溶液放入烘箱在40℃下存放7-14天揮發(fā)溶劑獲得濃縮的均勻凝膠；將凝膠轉(zhuǎn)入坩堝放入箱式電阻爐中，按1℃/分鐘升溫并在400℃連續(xù)處理6小時(shí)脫掉表面活性劑，即得到了中孔的摻雜二氧化鈦電流變液分散相材料；最后將此顆粒在150℃干燥8小時(shí)后與經(jīng)烘制過(guò)的硅油按顆粒/硅油體積比18％用瑪瑙研缽混合均勻，即得到中孔的摻雜二氧化鈦電流變液。圖1是該電流變液在固定剪切速率下的剪切應(yīng)力與時(shí)間關(guān)系；圖2是該電流變液在固定剪切速率下的剪切應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系；圖3該電流變液電流變液電流密度與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系；圖4該電流變液電流變液的剪切強(qiáng)度與剪切速率的關(guān)系實(shí)施例二將由實(shí)施例一制備的中孔稀土摻雜二氧化鈦顆粒在150℃下處理8小時(shí)以上與經(jīng)150℃處理2小時(shí)的硅油按顆粒體積分?jǐn)?shù)23％配制電流變液。該電流變液在固定剪切速率下的剪切應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系見(jiàn)圖2。
實(shí)施例三將由實(shí)施例一制備的中孔稀土摻雜二氧化鈦顆粒在150℃下處理8小時(shí)以上與經(jīng)150℃處理2小時(shí)的硅油按顆粒體積分?jǐn)?shù)31％配制電流變液。該電流變液在固定剪切速率下的剪切應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系見(jiàn)圖2；圖5是該電流變液在固定剪切速率下的剪切應(yīng)力與時(shí)間關(guān)系。
權(quán)利要求
1.一種新型的摻雜鈰離子中孔二氧化鈦電流變液材料，其特征在于該材料的分散相是用蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝技術(shù)制備的新型的摻雜鈰離子中孔二氧化鈦介電顆粒，連續(xù)相基液為硅油。
2.如權(quán)利要求1所述一種新型的摻雜鈰離子中孔二氧化鈦電流變液材料，其特征在于該中孔鈰離子摻雜二氧化鈦具有5～6nm的孔洞，孔壁為銳鈦礦型納米氧化鈦。
3.如權(quán)利要求1所述一種新型的摻雜鈰離子中孔二氧化鈦電流變液材料，其特征在于中孔鈰離子摻雜二氧化鈦具有185～220m2/g的比表面積和0.29～0.35cm3/g的孔體積。
4.如權(quán)利要求1所述一種新型的摻雜鈰離子中孔二氧化鈦電流變液材料，其特征在于鈰與鈦的摩爾比為0.07。
5.如權(quán)利要求1所述一種新型的摻雜鈰離子中孔二氧化鈦電流變液材料，其特征在于分散相中孔鈰離子摻雜二氧化鈦是用聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物作模板劑，鈦的無(wú)機(jī)氯化物作鈦前驅(qū)體制備獲得。
6.如權(quán)利要求1所述一種新型的摻雜鈰離子中孔二氧化鈦電流變液材料，其特征在于中孔二氧化鈦顆粒采用蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝技術(shù)制備，工藝包括如下步驟(1)所用原料有化學(xué)純四氯化鈦，分析純無(wú)水乙醇，分析純氯化鈰，二次去離子水和聚氧乙烯-聚氧丙烯表面活性劑Pluronic P-123(分子式HO(CH2CH2O)20(CH2CH(CH3)O)70(CH2CH2O)20、Pluronic F-127(分子式HO(CH2CH2O)106(CH2CH(CH3)O)70(CH2CH2O)106。(2)將表面活性劑加熱溶解于無(wú)水乙醇中獲得含有表面活性劑的乙醇溶液；將四氯化鈦和氯化鈰溶解于用一定量的濃鹽酸和乙醇配置的溶劑中獲得溶膠前驅(qū)體；在室溫?cái)嚢柘聦⑷苣z前驅(qū)體緩慢加到含有表面活性劑的乙醇溶液之中，滴加完畢后繼續(xù)攪拌5～10分鐘以使反應(yīng)物混合更加均勻，此時(shí)溶液的pH值小于1，形成透明溶液；(3)將此透明溶液倒入敞口的培養(yǎng)皿中恒溫40℃下存放7-14天揮發(fā)溶劑、水和鹽酸完成鈦鹽的凝膠過(guò)程；(4)將塊狀凝膠轉(zhuǎn)入箱式電阻爐中，按1℃/分鐘升溫并在400℃或450℃連續(xù)處理6小時(shí)脫掉模板劑，得到了中孔的摻雜二氧化鈦電流變液分散相材料；(5)將中孔的摻雜二氧化鈦電流變顆粒在150℃干燥8小時(shí)后與經(jīng)烘制過(guò)的硅油按一定的顆粒/硅油體積比用瑪瑙研缽混合均勻，即得到中孔的摻雜二氧化鈦電流變液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電流變液材料，特別涉及一種新型的摻雜鈰離子中孔二氧化鈦電流變液材料。與先前我們用胺類(lèi)表面活性劑誘導(dǎo)的中孔稀土摻雜改性的二氧化鈦電流變液材料相比，本發(fā)明選用了聚氧乙烯－聚氧丙烯－聚氧乙烯三嵌段共聚物作模板劑，并采用先進(jìn)的蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝技術(shù)制備了孔大、壁厚、熱穩(wěn)定性更好的鈰離子摻雜的二氧化鈦電流變液材料。該材料不僅具有出奇高的力學(xué)性能(附圖顯示了摻雜鈰離子的中孔二氧化鈦電流變液電流變液屈服應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度(直流)的關(guān)系(31％，25℃))，同時(shí)具有更好的熱穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)C10M107/50GK1670142SQ20041002595
公開(kāi)日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2004年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月16日
發(fā)明者趙曉鵬, 尹劍波 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)