[发明专利]一种掺杂有机物的巨电流变液颗粒材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学领域，具体涉及到一种掺杂有机物的巨电流变液颗粒材料的制备方法。

背景技术

电流变液(electrorheologicalfluids，简称ER或ERF)是一种自身粘度在外电场作用下能够显著增加的均匀悬浊液体。通常认为该变化是由于电场作用下电流变液中分散的微小颗粒被极化为电偶极子，这些偶极子之间产生强烈的静电吸引从而引起液体宏观粘度的变化。该过程中颗粒由无序的随机分布变为有序排列，通常形成一定的链状和柱状微观结构，该微观结构对电流变液的宏观力学性能有很大影响。电流变液在电场作用下软硬连续可调的奇特性质具有广泛和重要的应用价值，如汽车变速箱、减震器、刹车及其他力学设备等。传统电流变液是基于颗粒极化产生的相互作用，根据介电理论预测，其剪切屈服强度的上限约为10kPa。电流变液被发明50年来，阻碍其应用的主要原因是剪切强度低。近年来发明的“巨电流变液”是一类新型电流变液，其屈服强度可比传统电流变液大一个数量级以上，且与电场强度呈线性关系，这一点和传统电流变液中的平方关系也明显不同，因此称之为“GiantElectrorheological-Fluids”，简称GER。

发明内容：

本发明提供了一种原料普通、步骤简单、经济适用的掺杂有机物的巨电流变液GER颗粒材料的制备方法。

本发明中掺杂有机物的巨电流变液颗粒的制备主要通过溶胶-凝胶法实现，具体步骤如下：

一、溶胶凝胶的制备

配制溶液A和溶液B，溶液A的溶剂为无水乙醇，加入丁内酯和去离子水，溶液A中丁内酯与无水乙醇体积比为1∶2.5～7.5，去离子水为无水乙醇体积的10～16％；溶液B的溶剂为无水乙醇，加入钛酸丁酯和冰醋酸，溶液B中钛酸丁酯与无水乙醇体积比为1∶2，冰醋酸占无水乙醇体积的5～8％；溶液A和溶液B分别搅拌均匀后，将溶液B置于搅拌机上搅拌，溶液A滴加到溶液B中，溶液A和溶液B中无水乙醇体积比为1∶2，直至滴完后继续搅拌一段时间，待有混浊出现时，将其从搅拌机上取下密闭静置约2至5天，直至其中液体呈果冻状态不再流动时，便可认为凝胶完毕；

二、巨电流变液颗粒GER的制备

将凝胶完毕的凝胶放入70～80℃的烘箱里烘烤2至5天，直至其果冻状凝胶成为淡黄色结晶干燥物质，将其取出人工粉碎得到粒径在微米至纳米量级的粉末，该粉末即为掺杂有机物的巨电流变液颗粒。

GER电流变液的调配，取1克GER颗粒放入玛瑙研钵中在60℃左右烘干半小时，即以一定量硅油(我们这里用的是粘度为50的甲基硅油)加入其中研磨均匀，加入的量因颗粒而定，使颗粒基本上刚好能成均匀白色糊状物，即告电流变液配制成功。我们以每克粉末颗粒兑加的硅油量来表示电流变液的体积分数，即兑了0.5ml硅油在1g粉末里的，称之为0.5ml/g。

由于TiO₂颗粒应用比较广泛，十分容易获得，而所掺杂的丁内酯也是普通有机物之一，因此用它们所做的电流变液也在实际应用中占有原材料优势。

本发明所获得的电流变液在5kV/mm的电场下可达到近50kPa的屈服应力，比传统的电流变液(如纯TiO₂颗粒)提高近一个数量级，且电流密度小，有较好的应用前景。

附图说明

图1：0.5ml/g的电流变液的屈服应力和电流密度图。屈服应力对电场大部分呈线性，而电流密度大体呈1.6次方关系。

图2：丁内酯修饰过的TiO₂颗粒和未修饰的TiO₂颗粒之间屈服应力的对比图。可见用丁内酯修饰使屈服应力提升近一个数量级。

图3、图4：实施例三中三种颗粒以及实施例二中的颗粒各1g，分别兑加0.5ml硅油制成电流变液测量其屈服应力和电流密度随电场强度的变化。

图5：掺杂丁内酯与酒精不同比例的样品屈服应力对比。

图6：掺杂丁内酯(1∶3)修饰的TiO₂颗粒的SEM图像(机械粉碎得到不规则颗粒)。

图7：掺杂丁内酯(1∶3)TiO₂颗粒的XRD衍射图样。

图8：掺杂丁内酯(1∶3)TiO2颗粒的粒径分布图(平均粒径为919.4nm)。