[发明专利]一维纳米核壳结构电磁双活性流变液及其制备方法

说明书

本发明公开了一种一维纳米核壳结构电磁双活性流变液，包括分散相和分散液，所述分散相分散于分散液中，所述分散相为凹凸棒石‑草酸氧钛‑四氧化三铁一维纳米核壳结构；其中，所述草酸氧钛包覆于凹凸棒石表面形成凹凸棒石‑草酸氧钛粒子，所述四氧化三铁包覆于所述凹凸棒石‑草酸氧钛粒子表面得到凹凸棒石‑草酸氧钛‑四氧化三铁一维纳米核壳结构。该流变液具有较好剪切应力，且具有电、磁双活性流变。本发明还公开了一维纳米核壳结构电磁双活性流变液的制备方法。该方法绿色环保，简单，高效。

技术领域

本发明属于电/磁流变液技术领域，具体涉及一维纳米核壳结构电磁双活性流变液及其制备方法。

背景技术

电/磁流变液是由介电颗粒或磁性颗粒(分散相)与绝缘液体(分散液)混合而成的复杂流体，在电场或磁场作用下介电或磁性颗粒形成链或柱状结构使得悬浮液可发生类似液体-固体的转变。电/磁流变液的这种流变性能连续可调、快速响应(几毫秒)和可逆转变的奇特性质，使其成为最佳的软硬程度可调的智能材料。利用电/磁流变液可以实现机电一体化的智能控制，用于制造阻尼系统、减震降噪系统、机电耦合控制、机器人部件和康复器材，等等。

电流变液的活性与介电粒子的极化能力密切相关，而介电粒子的形状是一个重要因素。颗粒形状对电流变液性能和沉降稳定性影响的理论和实验研究表明，纳米线、纳米管等一维纳米材料由于在电场作用下更容易形成牢固的链状网络结构，因而具有更强的抗剪切破坏能力、更高的动态剪切强度和稳定性。

磁性颗粒:制备MRF的软磁性颗粒,一般有羰基铁粉、Fe3O4、钴粉、铁钴合金及镍锌合金、复合软磁性颗粒等。磁流变液的分散颗粒包括磁性颗粒和非磁性颗粒两种,形状主要是微米和纳米级的球形椭球形、柱形、哑铃形、正六边形颗粒。①磁性颗粒主要含有Fe₃O₄、Fe₃N、Fe、Co、Ni等微粒,铁钴合金磁饱和度最大,达到2.4T,实际应用最多的是羰基铁粉和纯铁粉,其磁饱和度大约为2.1T；②非磁性颗粒主要有聚合物颗粒和无机非金属颗粒,如聚苯乙烯和硅石颗粒。

磁性颗粒作为磁流变液的重要组成部分，其形貌、尺寸、结构和磁性能直接影响着磁流变液的综合性能。目前使用最多的磁性颗粒多为商用的铁基磁性材料，虽然铁基磁性材料拥有非常出众的力学性能，但由于其密度较大导致磁流变液的沉降稳定性较差，限制了磁流变液的性能发挥和实际应用。沉降理论表明固液分散体系中固态颗粒的悬浮稳定性除与颗粒密度相关外，还与颗粒的尺寸、形貌密切相关，已有研究表明一维纳米颗粒分散体系由于具有特殊的表界面效应，其一般具有更好的分散稳定性和外场效应。

目前商业化应用的电/磁流变材料大多为单活性材料，一般只对电或磁产生明显的流变效应，电磁双活性流变材料还未实现应用。但电磁双活性流变材料因为具有更多外场活性，其未来的应用空间将十分广阔。

发明内容

本发明提供一种一维纳米核壳结构电磁双活性流变液，该流变液具有电、磁双活性流变效应，且具有较高剪切应力和悬浮稳定性。

一种一维纳米核壳结构电磁双活性流变液，包括分散相和分散液，所述分散相分散于分散液中，所述分散相为凹凸棒石-草酸氧钛-四氧化三铁一维纳米核壳结构粒子；

其中，所述草酸氧钛包覆于凹凸棒石表面形成凹凸棒石-草酸氧钛粒子，所述四氧化三铁包覆于所述凹凸棒石-草酸氧钛粒子表面得到凹凸棒石-草酸氧钛-四氧化三铁一维纳米核壳结构粒子。

本发明首先利用凹凸棒石的孔洞吸附草酸氧钛前驱体粒子，然后通过凹凸棒石的硅羟基与草酸氧钛前驱体相互作用，使得草酸氧钛前驱体在凹凸棒石表面原位生长得到凹凸棒石-草酸氧钛粒子，利用凹凸棒石-草酸氧钛粒子中的凹凸棒石表面剩余硅羟基和草酸氧钛的羧基吸附、原位生长四氧化三铁前驱物-铁氢氧化物，从而使得四氧化三铁胶体粒子通过非均相成核包覆于纤维状凹凸棒石-草酸氧钛表面，将该核壳结构粒子均匀分散于分散液中，得到的一维纳米核壳结构电磁双活性流变液，该流变液具有电、磁双活性流变效应，且具有较高剪切应力和悬浮稳定性。