[发明专利]极性分子型电流变液

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的电流变液，特别涉及一种极性分子型电流变液。

背景技术

电流变液(Electrorheological Fluids)是纳米至微米尺寸的颗粒与绝缘液体混合组成的悬浮液，其剪切强度用外电场连续调节，瞬间可由液相变为固相。电流变液在电场作用下剪切强度连续可调、快速响应和可逆转变的奇特性质，是软硬程度可调节的智能材料，具有广泛和重要的应用价值，可以用于离合器、阻尼系统、减震器、制动系统，无级变速、液体阀门、机电耦合控制、机器人等，实现机电一体化智能控制，几乎所有工业和技术领域，以及军事上均可广泛应用。

但自20世纪40年代Winslow发现电流变液至今，电流变液并没有得到预期的应用，主要原因是其剪切强度较低，一般约为几kPa，最高为10kPa，漏电流大，抗沉降性低。通常的电流变液工作原理：即在电场作用下，由于颗粒极化发生相互吸引，电流变液的剪切强度随电场增大而增高。这类基于颗粒极化相互吸引原理的电流变液称为“普通电流变液”或“介电电流变液”。这类电流变液的剪切屈服强度极限为10kPa(1kV/mm)。这种低剪切强度的电流变液不能达到技术和工业应用的要求。在上世纪90年代末，中国科学院物理研究所研制的表面改性复合钛酸锶电流变液(CN1190119)在3kV/mm的电场作用下，剪切屈服强度仅达30kPa。

现有文献和专利绝大部分是关于传统电流变液的材料和技术。CN1490388公开了一种表面包覆尿素的钛酸钡电流变液，称之为巨电流变液，其公开了复合颗粒提出保护的是促进剂(promoter)，包括了尿素、丁酰胺、乙酰胺。其静态屈服强度达130kPa，其原理是基于颗粒表面包覆层的作用，称之为包覆层饱和极化原理。这种电流变液主要局限是需在颗粒表面进行包覆，所报道的电流变液的电流密度大，在5kV/mm时，电流密度达数百μA/cm²，在低电场时屈服强度低，如2kV/mm时的屈服强度约为30-40kPa，同时钛酸钡在120℃左右会发生相变，影响其实际应用。文献报道一种掺质二氧化钛电流变液及其制备方法，主要是一种掺质二氧化钛电流变液。采用溶胶—凝胶法，通过在二氧化钛中掺质强极性的酰胺类或其衍生物分子，形成微米或纳米尺寸的掺质二氧化钛颗粒，再与甲基硅油配制而成，掺质TiO₂与甲基硅油按体积分数配制成30％电流变液，获得高屈服强度电流变液。CN1752195公开了一种钛酸钙电流变液及其制备方法，主要是无水钛酸钙电流变液，是以草酸共沉淀法制备的钛酸钙颗粒与二甲基硅油配制而成，具有强电流变效应。钛酸钙颗粒与二甲基硅油按体积分数30％配制成的电流变液，其屈服强度可达100kPa以上。但是以上技术所述的电流变液，漏电流较大，制备选材比较局限，不能得到广泛的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种克服现有的电流变液剪切强度低、不能满足工程要求的缺点、克服现有电流变液制备和选材的局限性、剪切强度高、抗沉降性好、漏电流小的极性分子型电流变液。

本发明的极性分子型电流变液，主要由固体颗粒分散相和液体分散介质混合组成，

(1)分散相固体颗粒表面和/或液体分散介质中含有极性分子或极性基团，极性分子或极性基团的偶极矩为0.5～10德拜(Debey)，尺寸为0.1～0.8纳米；

(2)分散相固体颗粒为球形或类球形，颗粒尺寸为10～300纳米，优选为20～100纳米，介电常数大于50；

(3)液体分散介质电导率低于10^-8S/m，介电常数低于10。

本发明所述极性分子或极性基团中起作用的极性键选自C＝O、O-H、N-H、F-H、C-OH、C-NO₂、C-H、C-OCH₃、C-NH₂、C-COOH、C-Cl、N＝O中的至少一种。

本发明所述分散相固体颗粒表面的极性分子或极性基团是在分散相固体颗粒的制备过程中添加或保留，或在制备好的颗粒表面上添加或组装。极性分子或极性基团在分散相中的摩尔分数为0.01～50％。

本发明的极性分子型电流变液，所述液体分散介质中的极性分子或极性基团的摩尔分数为0.1～100％。

本发明的极性分子型电流变液，固体颗粒分散相与液体分散介质充分混合，固体颗粒分散相在电流变液中的体积分数为5～50％。