專利名稱：摻雜的鈦酸鍶電流變液及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電介質(zhì)材料的制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及利用膠體化學(xué)方法來(lái)制備摻雜的鈦酸鍶電流變液技術(shù)。
電流變液是目前很受重視的智能液體，在外加電場(chǎng)時(shí)，這種液體的粘滯性(剪切強(qiáng)度)立即(毫秒)增大4-5個(gè)數(shù)量級(jí)而變成類似固體。一旦撤去外電場(chǎng)，材料又恢復(fù)原來(lái)的液體狀態(tài)，其剪切強(qiáng)度近似與外加電場(chǎng)強(qiáng)度的平方成正比，從而通過(guò)調(diào)節(jié)外加電壓可連續(xù)改變剪切強(qiáng)度。這種新奇特性在技術(shù)上有重要的應(yīng)用前景。其主要優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間快、連續(xù)可調(diào)、能耗低、便于計(jì)算機(jī)控制。可實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的控制、傳動(dòng)、阻尼。例如可作減震器、離合器、無(wú)機(jī)調(diào)速、剎車、閥門等。在自動(dòng)化、機(jī)器人汽車、航空等工業(yè)部門應(yīng)用，將會(huì)產(chǎn)生革命性的影響。
電流變液這種效應(yīng)在五十多年前就已發(fā)現(xiàn)，由于當(dāng)時(shí)系采用含水的材料，例如玉米粉等，在較高溫度時(shí)，水分易揮發(fā)，因此實(shí)際應(yīng)用受到限制。如專利文獻(xiàn)2，417850 3/1947Winslow 175#320 US.3,047,567 7/1947 Winslow 252#75US.等。1987年以后發(fā)展了不含水的電流變液材料，如采用SiO2浮石等，可以在很寬的溫度范圍使用，但這些材料在低電壓下，其剪切力很低，且比重大，易沉淀，仍難以廣泛應(yīng)用，如專利文獻(xiàn)4687,589 8/1987 Block 169#04US，1,501,635 2/1978 UK，2，153372 8/1985UK。
由于技術(shù)的發(fā)展和需求，促進(jìn)了電流變液的研究，近年來(lái)美、英、日、俄等國(guó)均投入了很大力量開展電流變液材料和應(yīng)用技術(shù)研究。又如“Nature”(1992)“Science”(1992)“Scientific American”(1993)等都作了專題報(bào)告和評(píng)述，日本石油公司在1994年新材料展示會(huì)上推出的電流變液剪切力為2Kpa的材料(具體材料未有公開)。我們國(guó)家在八十年代后期有少數(shù)單位開始進(jìn)行硅鋁酸鹽、聚丙烯睛基、聚異丁烯酸等電流變液材料和應(yīng)用方面的研究?？傊?，綜合上述目前世界上還找不到一種在低電壓下，剪切強(qiáng)度高達(dá)5Kpa的化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、比重小、不易沉降的無(wú)機(jī)鹽電流變液材料。
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，為了提供一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易沉降，機(jī)械性能好，它能在外加電壓達(dá)2500V/mm時(shí)，其剪切強(qiáng)度達(dá)5.5Kpa的摻雜鈦酸鍶電流變液；其次為了提供一種采用膠體化學(xué)方法來(lái)達(dá)到簡(jiǎn)化制備手續(xù)，提高成品率的制備球形摻雜鈦酸鍶電流變液的方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的采用化學(xué)純以上等級(jí)的原料，用SrCl2、TiCl4做為陽(yáng)離子基團(tuán)和MCl3；(其中M可以是La、Y、Nd、Ce等輕稀土元素)作為摻雜劑；乙二酸鹽如乙二酸鉀、鈉鹽或草酸做為陰離子基團(tuán)；還可以加入適量檸檬酸做為掩蔽劑，調(diào)節(jié)陳化溶液的PH值在2-5之間；也可再加入適量乙二酸醇脂做為溶劑起到溶膠作用，按Sr1－xMxTiO3組成(其中X＝0-0.4)來(lái)配比稱料，取SrCl2按Sr2+0.05-0.4mol/l，TiCl4按Ti4+0.05-0.4mol/l；乙二酸為0.1-0.8mol/l；M的量由Sr1－xMxTiO3中X的含量確定MCl3的重量，攪拌混合均勻，此為陳化液，再將此陳化液置于50℃-70℃恒溫水浴內(nèi)陳化10-50分鐘，然后用水冷，離心，經(jīng)離心后所得沉淀物再用二次蒸餾水洗滌三次，一般的真空干燥，后放入馬弗爐中在950℃燒結(jié)5-10小時(shí)，可得到白色摻雜的鈦酸鍶顆粒；把它與硅油等按不同體積分比混和均勻，SrTiO3+硅油按體積分比，即按ρ=VpVp+Vf]]>式中Vp＝顆粒總體積Vf＝油的體積即配成摻雜的鈦酸鍶電流變液。
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)地說(shuō)明

圖1SiTiO3單晶球形顆粒的透射電鏡照片。
圖2SiTiO3電流變液剪切強(qiáng)度對(duì)外加電場(chǎng)的變化曲線。
圖3Sr1－xMxTiO3球形鏈狀的透射電鏡照片。
圖4Sr1－xMxTiO3系列的剪切強(qiáng)度對(duì)外加電場(chǎng)的變化曲線。
實(shí)施例1將120ml濃度為1mol/l的乙二酸(或草酸)溶液加入含有50ml濃度為1mol/l SrCl2及50ml濃度為1mol/lTiCl4，檸檬酸10g，乙酸二醇脂10ml水溶液中，加水770ml，使混和后體系的組成為0.05mol/lSr2+、0.05mol/lTi4+、0.12mol/l乙二酸(或草酸)，將此陳化液置于65℃恒溫水浴陳化50分鐘，水冷、離心。所得沉淀物用二次蒸餾水洗滌三次，真空干燥，然后在950℃燒結(jié)7小時(shí)，即得鈦酸鍶，與200#硅油按體積分比0.41混勻成電流變液，其剪切強(qiáng)度與外加電場(chǎng)的關(guān)系如圖2所示。
實(shí)施例2將240ml濃度為1mol/l的乙二酸(或草酸)溶液加入含有100ml濃度為1mol/l SrCl2及100ml濃度為1mol/lTiCl4，20ml濃度為1mol/l YCl3，檸檬酸20g，乙二酸醇脂10ml水溶液中，加水510ml，使混和后體系的組成為0.1mol/l Sr2+、0.1mol/l Ti4+、0.24mol/l乙二酸、0.02mol/l Y3+，將此陳化液置于65℃恒溫水浴中陳化30分鐘，水冷、離心。所得沉淀物用二次蒸餾水洗滌三次，真空干燥，然后在馬弗爐中950℃燒結(jié)7小時(shí)，即得原始配比為Sr0.8Y0.2TiO3的白色顆粒，再將Sr0.8Y0.2TiO318.89與200#硅油6毫升按體積分比為0.38配制成電流變液，其性能參見圖3、圖4。
實(shí)施例3取實(shí)施例2制備出的Sr0.8Y0.2TiO3的白色顆粒與200#硅油混和，按體積分比為0.33，稱取Sr0.8Y0.2TiO3料15.1g同200#硅油6ml混和攪拌均勻?yàn)?.33的摻雜鈦酸鍶電流變液。
實(shí)施例4取實(shí)施例2制備出的Sr0.8Y0.2TiO3的白色顆粒與200#硅油混和，按體積分比為0.29混合，可配成0.29系列的摻雜鈦酸鍶電流變液。
實(shí)施例5同實(shí)施例2工藝所述，按照Sr1－xMxTiO3組成選取M為Ce(No3)，制備原始組成為Sr0.8Ce0.2TiO3的摻鈰鈦酸鈰，取Sr0.8Ce0.2TiO3白色顆粒粉末13.1g，200#硅油6毫升，按體積分比為0.23，混和攪拌均勻即可做成摻鈰鈦酸鍶電流變液。所測(cè)的該電流變液剪切強(qiáng)度(在外加電場(chǎng)為2500V/mm時(shí))為2000Pa。
實(shí)施例6同實(shí)施例2所述的工藝相同來(lái)制備摻釹鈦酸鍶電流變液，用Nd2O3原料配制成Sr0.9Nd0.1TiO3，然后用摻釹鈦酸鍶與200#硅油混和，按體積分比為0.38混和，攪拌均勻做成摻釹的電流變液。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1.在低電壓2500v/mm，剪切強(qiáng)度高達(dá)5.5Kpa。
2.不易沉降。
3.化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
4.材料顆粒形狀一致，尺寸大小分布窄的單晶球形均勻分散體系，單晶顆粒達(dá)0.5μ。
5.制備方法簡(jiǎn)單，成品率高。
權(quán)利要求
1.一種摻雜的鈦酸鍶電流變液，其特征在于包括Sr1－xMxTiO3，其中M＝La、Y、Nd、Ce；X＝0-0.4等輕稀土元素，與200#硅油，兩者按體積分比從0.23-0.65組成。
2.一種制備權(quán)利要求1所述的摻雜鈦酸鍶電流變液的方法，其特征在于采用SrCl2、TiCl4、MCl3乙二酸鹽(或草酸)做原料，按Sr1－xMxTiO3比例稱料，其中M＝La、Y、Nd、Ce，混合攪拌均勻配成陳化液，將陳化液置于50℃-70℃恒溫水浴內(nèi)陳化10-50分鐘，然后用水冷，離心，經(jīng)離心后所得沉淀物再用二次蒸餾水洗滌三次，經(jīng)真空干燥后，放入馬弗爐中在950℃燒結(jié)5-10小時(shí)，可得到白色球形顆粒摻雜的鈦酸鍶顆粒與200#硅油按體積分比均勻混和，制成摻雜鈦酸鍶電流變液。
3.按權(quán)利要求2所述的摻雜鈦酸鍶電流變液的方法，其特征在于所述的原料MCl3M＝La、Y、Nd、Ce的氯化物。
4.按權(quán)利要求2所述的制備摻雜鈦酸鍶電流變液的方法，其特征在于所述的乙二酸鹽原料為乙二酸鉀、乙二酸鈉。
5.按權(quán)利要求2、3、4所述的制備摻雜鈦酸鍶電流變液的方法，其特征在于摻雜鈦酸鍶與200#硅油的混和比例，按體積分比0.23-0.65混和。
6.按權(quán)利要求2所述的制備摻雜鈦酸鍶電流變液的方法，其特征在于還包括在SrCl2、TiCl4、MCl3、乙二酸鹽配好的陳化液內(nèi)加入檸檬酸PH調(diào)節(jié)到2-5之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電介質(zhì)材料的制造技術(shù)，特別是涉及利用膠體化學(xué)方法來(lái)制備摻雜的鈦酸鍶電流變液技術(shù)。本發(fā)明的目的為了提供一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易沉降，機(jī)械性能好的摻雜鈦酸鍶電流變液。本發(fā)明用SrCl
文檔編號(hào)H01B3/02GK1139813SQ9510742
公開日1997年1月8日 申請(qǐng)日期1995年7月6日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月6日
發(fā)明者張玉苓, 陸權(quán), 溫維佳, 饒光輝, 梁敬魁 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院物理研究所