專利名稱：一種聚苯胺插層的氧化鈦納米管電流變液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電流變液，特別涉及一種聚苯胺插層的氧化鈦納米管電流變液。
技術(shù)背景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)專利4,879,056所報(bào)道的硅鋁酸鹽類電流變 液；日本專利63-97694、 7-90287等所報(bào)道的含碳類電流變液，中國(guó)專利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)。
然而，目前阻礙電流變技術(shù)應(yīng)用的一些關(guān)鍵問(wèn)題如屈服強(qiáng)度過(guò)低、抗沉降能力差等仍未 被很好克服。研究者曾應(yīng)用納米顆粒作為電流變液的分散相發(fā)現(xiàn)可很好的改善抗沉降能力差 的缺點(diǎn)，然而納米顆粒電流變液的力學(xué)值較傳統(tǒng)的微米顆粒電流變液在理論和實(shí)驗(yàn)上均較小。 最近，研究者進(jìn)一步開發(fā)了極性分子修飾的納米電流變液，發(fā)現(xiàn)有強(qiáng)的電流變效應(yīng)，然而極 性分子修飾的納米顆粒電流變液必須在顆粒濃度很高的條件下才會(huì)表現(xiàn)出強(qiáng)電流變效應(yīng)，而 高濃度往往導(dǎo)致高的零場(chǎng)黏度和差的剪切穩(wěn)定性；此外，由于外在的分子修飾，它的溫度穩(wěn) 定性仍值得懷疑
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種具有懸浮穩(wěn)定性好、電流變效應(yīng)和熱穩(wěn)定性均較好的聚苯胺插 層的氧化鈦納米管電流變液，其特征在于該電流變液分散相為納米管狀的、并插層有聚苯胺 的氧化鈦介電顆粒，連續(xù)相基液為甲基硅油。其中分散相以高介電常數(shù)的氧化鈦多層納米管 為基體，層間插層有導(dǎo)電聚苯胺分子以提高顆粒的電導(dǎo)性能，從而提高顆粒的極化響應(yīng)和極 化能力，使該納米電流變液具備強(qiáng)電流變效應(yīng)；由于導(dǎo)電聚苯胺分子插層在熱穩(wěn)定的氧化鈦 多層中，該納米管電流變液還表現(xiàn)出了好的溫度穩(wěn)定性；此外，由于材料具備了一維納米結(jié) 構(gòu)，導(dǎo)致該材料具備良好的懸浮穩(wěn)定性。


圖l材料的投射電鏡照片 圖2材料的x射線衍射圖譜
圖3電流變液的剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系(23。C) 圖4電流變液的屈服應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系(23。C) 圖5電流變液的電流變效率與溫度變化關(guān)系 圖6電流變液的沉降率與時(shí)間變化關(guān)系(25°C)
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明具體實(shí)施如下
1) 首先配制300毫升10摩爾/升的氫氧化鈉溶液，投入到500毫升的聚四氟乙烯杯中， 接著稱取3克粒徑為30nm的二氧化鈦粉末加入到該氫氧化鈉溶液中，混合物在磁力攪拌器上 攪拌2小時(shí)，而后將聚四氟乙烯杯密封投入到125'C烘箱中反應(yīng)72小時(shí)，即得到鈦酸鈉納米 管；抽濾并水洗該鈦酸鈉納米管直到濾液的PH值等于7，獲得除取殘留在鈦酸鈉納米管表面 的氫氧化鈉；用200毫升pH值等于2的鹽酸浸泡該鈦酸鈉納米管，即獲得除取層間鈉離子的 酸化的氧化鈦納米管；
2) 取5毫升苯胺分散在100毫升由無(wú)水乙醇和去離子水(體積比1/1)組成的混合溶液中， 超聲溶解苯胺獲得透明的苯胺溶液；取3克由步驟1)制取的酸化的氧化鈦納米管加入到該 苯胺溶液中，超聲l分鐘使之分散均勻，經(jīng)過(guò)室溫?cái)嚢?8小時(shí)獲得懸浮液，此過(guò)程已通過(guò)酸 堿反應(yīng)實(shí)現(xiàn)苯胺在鈦酸納米管中的插層；將懸浮液過(guò)濾、水洗三次除取表面吸附苯胺，即獲 得苯胺插層的氧化鈦納米管；
3) 將苯胺插層的氧化鈦納米管加到50毫升去離子水中，超聲3分鐘使之分散均勻，然 后將50毫升溶有5克過(guò)硫酸銨的水溶液加入到該分散液中，室溫?cái)嚢?4小時(shí)，得到藍(lán)綠色 懸浮液；藍(lán)綠色懸浮液經(jīng)抽濾、水洗三次，15CTC下真空干燥12小時(shí)后得到淡綠色的聚苯胺 插層的氧化鈦納米管粉體;將該粉體與經(jīng)150T/2小時(shí)烘制過(guò)的黏度為50mPas甲基硅油混合， 混合物經(jīng)研磨并超聲5小時(shí)，即獲得均勻分散的聚苯胺插層的氧化鈦納米管電流變液。在直 流電場(chǎng)下，用HAAKE RS600電流變儀測(cè)量其流變學(xué)性能。
4為實(shí)現(xiàn)對(duì)比，用步驟l)可制備出未插入聚苯胺的純氧化鈦納米管對(duì)比樣，如實(shí)施例一。 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(未插入聚苯胺的純氧化鈦納米管對(duì)比樣)
首先配制300亳升10摩爾/升的氫氧化鈉溶液，投入到500毫升的聚四氟乙烯杯中，接 著稱取3克粒徑為30nm的二氧化鈦粉末加入到該氫氧化鈉溶液中，混合物在磁力攪拌器上攪 拌2小時(shí)，而后將聚四氟乙烯杯密封投入到125'C烘箱中反應(yīng)72小時(shí)，即得到鈦酸鈉納米管； 抽濾并水洗該鈦酸鈉納米管直到濾液的pH值等于7，獲得除取殘留在鈦酸鈉納米管表面的氫 氧化鈉；用200毫升pH值等于2的鹽酸浸泡該鈦酸鈉納米管，即獲得除取層間鈉離子的酸化 的氧化鈦納米管，它的投射電鏡如圖1 (a)所示，x射線衍射圖譜如圖2 (a)所示。稱取2 克該納米管粉體在150T下真空脫水12小時(shí)后與經(jīng)150T/2小時(shí)烘制過(guò)的黏度為50mPas甲基 硅油按顆粒體積分?jǐn)?shù)7%混合，混合物經(jīng)研磨并超聲5小時(shí)，獲得均勻分散的純氧化鈦納米管 電流變液。在直流電場(chǎng)下，用HAAKE RS600電流變儀測(cè)量其流變學(xué)性能，其剪切應(yīng)力與剪切 速率的關(guān)系如附圖3 (a)所示，屈服應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系如圖4 (a)所示。
實(shí)施例二
首先配制300毫升10摩爾/升的氫氧化鈉溶液，投入到500毫升的聚四氟乙烯杯中，接著 稱取3克粒徑為30nm的二氧化鈦粉末加入到該氫氧化鈉溶液中，混合物在磁力攪拌器上攪拌 2小時(shí)，而后將聚四氟乙烯杯密封投入到125'C烘箱中反應(yīng)72小時(shí)，即得到鈦酸鈉納米管； 抽濾并水洗該鈦酸鈉納米管直到濾液的pH值等于7,獲得除取殘留在鈦酸鈉納米管表面的氫 氧化鈉；用200毫升pH值等于2的鹽酸浸泡該鈦酸鈉納米管，即獲得除取層間鈉離子的酸化 的氧化鈦納米管；取5毫升苯胺分散在100毫升由無(wú)水乙醇和去離子水(體積比1/1)組成 的混合溶液中，超聲溶解苯胺獲得透明的苯胺溶液；取3克由步驟1)制取的酸化的氧化鈦 納米管加入到該苯胺溶液中，超聲l分鐘使之分散均勻，經(jīng)過(guò)室溫?cái)嚢?8小時(shí)獲得懸浮液， 此過(guò)程已通過(guò)酸堿反應(yīng)實(shí)現(xiàn)苯胺在鈦酸納米管中的插層；將懸浮液過(guò)濾、水洗三次除取表面 吸附苯胺，即獲得苯胺插層的氧化鈦納米管；將苯胺插層的氧化鈦納米管加到50毫升去離子 水中，超聲3分鐘使之分散均勻，然后將50毫升溶有5克過(guò)硫酸銨的水溶液加入到該分散液 中，室溫?cái)嚢?4小時(shí)，得到藍(lán)綠色懸浮液；藍(lán)綠色懸浮液經(jīng)抽濾、水洗三次，150。C下真空干燥12小時(shí)后得到淡綠色的聚苯胺插層的氧化鈦納米管粉體，它的投射電鏡如圖1 (b)所 示，可見(jiàn)聚苯胺插層的氧化鈦納米管的直徑約為10nm，長(zhǎng)度為100-200nm。經(jīng)聚苯胺插層后 納米管形狀未被破壞，同時(shí)納米管表面沒(méi)有發(fā)現(xiàn)獨(dú)立的聚苯胺顆?；虬矊?，說(shuō)明聚苯胺可 能進(jìn)入到納米管的多層間隙中。它的x射線衍射圖譜如圖2 (b)所示，可見(jiàn)表征納米管的多 層間隙的小角度衍射峰進(jìn)一步向低角度方向移動(dòng)，表明聚苯胺確實(shí)進(jìn)入了納米管的多層間隙。 通過(guò)熱重分析聚苯胺在插層的氧化鈦納米管中的重量含量接近6. 5%。稱取2克該納米管粉體 在150°C下真空干燥12小時(shí)后與經(jīng)150°C/2小時(shí)烘制過(guò)的黏度為50raPas甲基硅油按顆粒體積 分?jǐn)?shù)7%混合，混合物經(jīng)研磨并超聲5小時(shí)，獲得均勻分散的聚苯胺插層的氧化鈦納米管電流 變液。在直流電場(chǎng)下，用HAAKE RS600電流變儀測(cè)量其流變學(xué)性能，其剪切應(yīng)力與剪切速率 的關(guān)系如附圖3 (b)所示，屈服應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系如圖4 (b)所示，可見(jiàn)聚苯胺插層的氧 化鈦納米管電流變液具有比純氧化鈦納米管電流變液更強(qiáng)的電流變效應(yīng)。 實(shí)施例三
分別選取23T、 50°C、 75°C、 95T四個(gè)溫度點(diǎn)分別測(cè)量由實(shí)施例一和實(shí)施例二所得到的 電流變液在直流電場(chǎng)下的剪切應(yīng)力與剪切速率關(guān)系，調(diào)査溫度效應(yīng)。圖5為在3kV/mm電場(chǎng)、 300s"剪切速率下的電流變效率(電流變效率定義為在一定剪切速率下，加電場(chǎng)后電流變液的 剪切應(yīng)力與零電場(chǎng)下的剪切應(yīng)力之比，為減小誤差，通常剪切速率取值應(yīng)大于100s—1)與溫 度變化關(guān)系?？梢?jiàn)聚苯胺插層的氧化鈦納米管電流變液具有好的溫度穩(wěn)定性。 實(shí)施例四
取5毫升上述由實(shí)施例一制得的純氧化鈦納米管電流變液和實(shí)施例二制得的聚苯胺插層 的氧化鈦納米管電流變液放入量筒中，靜置并用直接觀察法測(cè)量?jī)煞N電流變液的懸浮穩(wěn)定性 如圖6所示，其中縱坐標(biāo)越小代表沉降越大，可見(jiàn)純氧化鈦納米管電流變液具有好的懸浮穩(wěn) 定性，而插層聚苯胺后氧化鈦納米管電流變液的懸浮穩(wěn)定性基本沒(méi)有變化。
權(quán)利要求
1、一種聚苯胺插層的氧化鈦納米管電流變液，其分散相為納米管狀的、并插層有聚苯胺的氧化鈦介電顆粒，連續(xù)相基液為甲基硅油；其特征在于分散相導(dǎo)電聚苯胺插層的氧化鈦納米管的直徑為10nm，長(zhǎng)度為100-200nm，聚苯胺的插層重量含量接近6.5％。
2、 如權(quán)利要求1所述一種聚苯胺插層的氧化鈦納米管電流變液，其特征在于該聚苯胺插層 的氧化鈦納米管電流變液是由以下步驟制備的1)首先配制300毫升10摩爾/升的氫氧化鈉溶液，投入到500毫升的聚四氟乙烯杯中， 接著稱取3克粒徑為30nm的二氧化鈦粉末加入到該氫氧化鈉溶液中，混合物在磁力攪拌器 上攪拌2小時(shí)，而后將聚四氟乙烯杯密封投入到125'C烘箱中反應(yīng)72小時(shí)，即得到鈦酸鈉納 米管；抽濾并水洗該鈦酸鈉納米管直到濾液的pH值等于7，獲得除取殘留在鈦酸鈉納米管表 面的氫氧化鈉；用200毫升pH值等于2的鹽酸浸泡該鈦酸鈉納米管，即獲得除取層間鈉離 子的酸化的氧化鈦納米管；2) 取5毫升苯胺分散在100毫升由無(wú)水乙醇和去離子水(體積比1/1)組成的混合溶液 中，超聲溶解苯胺獲得透明的苯胺溶液；取3克由步驟1)制取的酸化的氧化鈦納米管加入 到該苯胺溶液中，超聲1分鐘使之分散均勻，經(jīng)過(guò)室溫?cái)嚢?8小時(shí)獲得懸浮液，此過(guò)程已 通過(guò)酸堿反應(yīng)實(shí)現(xiàn)苯胺在鈦酸納米管中的插層；將懸浮液過(guò)濾、水洗三次除取表面吸附苯胺， 即獲得苯胺插層的氧化鈦納米管；3) 將苯胺插層的氧化釹納米管加到50毫升去離子水中，超聲3分鐘使之分散均勻，然 后將50毫升溶有5克過(guò)硫酸銨的水溶液加入到該分散液中，室溫?cái)嚢?4小時(shí)，得到藍(lán)綠色 懸浮液；藍(lán)綠色懸浮液經(jīng)抽濾、水洗三次，15(TC下真空干燥12小時(shí)后得到淡綠色的聚苯胺 插層的氧化鈦納米管粉體;將該粉體與經(jīng)15CTC/2小時(shí)烘制過(guò)的黏度為50mPas甲基硅油混合， 混合物經(jīng)研磨并超聲5小時(shí)，即獲得均勻分散的聚苯胺插層的氧化鈦納米管電流變液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電流變液，特別涉及一種聚苯胺插層的氧化鈦納米管電流變液。其特征在于該電流變液分散相為納米管狀的、并插層有聚苯胺的氧化鈦介電顆粒，連續(xù)相基液為甲基硅油。該聚苯胺插層的氧化鈦納米管電流變液保持了和純氧化鈦納米管電流變液一樣好的懸浮穩(wěn)定性，但具有比純氧化鈦納米管電流變液更好的電流變效應(yīng)和溫度效應(yīng)。
文檔編號(hào)C10M149/22GK101469286SQ20071030073
公開日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者尹劍波, 晟 趙, 趙曉鵬 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)