[发明专利]一种土豆膨胀淀粉碳化的多孔碳电流变液材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种电流变液材料，特别涉及一种土豆膨胀淀粉碳化的多孔碳电流变液材料。 

背景技术

电流变液是一类智能型的软物质，它通常是由高介电常数、低电导率的固体颗粒分散于低介电常数的绝缘油中形成的悬浮体系。由于电流变液具有一些优异的性能，使其在减震器、离合器、阻尼器、驱动器、无级调速等装置中具有潜在的应用价值。普遍认为，电流变效应受控于颗粒的性质，其中主要包括颗粒几何参数(如尺寸与形貌)和物理性质(介电与电导特性)。很多无机和有机高分子材料作为电流变液分散相被广泛研究。多孔材料由于其自身的孔结构而较易获得良好的抗沉降性能和较优的电流变效应。但是，碳材料电流变液因其电导率和介电行为的控制困难等缺点并未获得更进一步的研究。 

传统的应用无机多孔模板合成多孔碳材料的方法虽能制备高度有序的孔结构，但是，这种方法存在模板合成困难、成本高且去除较难等问题。因此，发展有机高分子自组装模板或利用分子的自身结构来合成多孔碳材料已受到越来越多的研究和重视。加热淀粉与水的混和液(淀粉乳)时，淀粉颗粒中的无定形区吸水膨胀，变成半透明的粘稠糊状，称为糊化。此时淀粉颗粒中结晶相和无定形相间的氢键断裂，微晶束解体成碎片。淀粉糊在低温下静置会变为凝胶体，称为淀粉的回生或老化。此时颗粒中直、支链平行排列以氢键重新组成微晶束，与原来的结构相似，但此时分子间缔合牢靠且难再溶解。利用淀粉的糊化和老化性质，制备的膨胀淀粉具有的介孔结构可作为多孔模板，进一步热处理得到多孔碳材料。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种土豆膨胀淀粉碳化的多孔碳电流变液材料，该电流变液材料的分散相为土豆膨胀淀粉碳化的多孔碳颗粒，连续相为甲基硅油。分散相采用不同温度碳化的土豆膨胀淀粉得到，其平均孔径范围为1.8-2.2nm，比表面积范围为275.5-628.7m²/g，密度范围0.88-0.97g/cm³。 

为解决上述问题，本发明利用淀粉的糊化和老化性质，制备膨胀淀粉，再通过控制不同的碳化温度得到不同孔结构的多孔碳材料。这种多孔碳电流变液由于分散相的多孔结构和较小的密度而能够获得较好的抗沉降性能。同时，通过不同的温度煅烧，可以使得多孔碳电流 变液材料的结构和介电性能得到调节，从而具有不同的电流变效应。 

本发明方法的制备步骤如下： 

(1)将10g土豆淀粉和50g去离子水混合搅拌，待分散完全后在100℃恒温反应4h；反应完成后得到半透明凝胶状产物，将其置于5℃下冷藏3d；将冷藏后产物用无水乙醇50ml浸泡洗涤2h，再于真空干燥箱内60℃下真空干燥12h，即得到白色的土豆膨胀淀粉颗粒； 

(2)称取85mg对甲基苯磺酸溶于50ml无水乙醇中，加入5g土豆膨胀淀粉，搅拌反应12h，将乙醇蒸发得到白色的疏松粉体，该粉体置于真空干燥箱内于60℃下真空干燥6h； 

(3)将已催化处理的土豆膨胀淀粉置于陶瓷瓷舟中，在流量为100ml/min的氮气气氛下于管式炉中煅烧5h，即制得黑色的多孔碳材料； 

(4)将粉末状的多孔碳颗粒与甲基硅油按照颗粒/硅油体积比为1：9混合，在玛瑙研钵中研磨均匀，即制得土豆膨胀淀粉碳化的多孔碳电流变液。 

该制备方法简单易操作、成本低且重复性好。制备得到的多孔碳电流变液材料的孔结构和介电性能随不同的煅烧温度，发生较大的改变。由此材料配制的电流变液由于分散相的多孔结构具有抗沉降优良的性能。不同碳化处理温度下的多孔碳颗粒电流变液由于其孔结构和介电性质的差异而具有不同的电流变效应。 

附图说明

图1为土豆膨胀淀粉、100℃、350℃和500℃碳化的多孔碳材料的BET比表面积、平均孔径和密度表 

图2为100℃、350℃、500℃碳化的多孔碳电流变液(10vol％)的介电常数与频率的关系(25℃) 

图3为100℃、350℃、500℃碳化的多孔碳电流变液(10vol％)的介电损耗与频率的关系(25℃) 

图4为100℃碳化的多孔碳电流变液(10vol％)的剪切应力与剪切速率关系曲线(25℃) 

图5为350℃碳化的多孔碳电流变液(10vol％)的剪切应力与剪切速率关系曲线(25℃) 

图6为500℃碳化的多孔碳电流变液(10vol％)的剪切应力与剪切速率关系曲线(25℃) 

具体实施方式

本发明所用淀粉为市售土豆淀粉，其他试剂均为分析纯。 

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明：