專利名稱：一種新型的摻雜鈰離子中孔二氧化鈦電流變液材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電流變液材料，特別涉及摻雜鈰離子的中孔二氧化鈦電流變液材料。
背景技術：
電流變液通常由高介電常數的顆粒分散在絕緣油中組成。受到電場作用時電流變液自身粘度可發生突變，當電場強度大于某一值時電流變液可由液態轉變為固態，從而具有較強的抗剪切能力。特別是電流變液的這些變化可受外場大小調制，具有響應快可逆等特點。因此電流變液在許多工業領域具有廣泛的應用前景，如減震器、阻尼器、機器人控制、力矩傳遞裝置等。八十年代后期無水電流變液研制成功，如英國專利1501635、2100740A、2170510B等所報道的聚苯胺及改性聚苯胺等電流變液；美國專利4,879,056所報道的硅鋁酸鹽類電流變液；日本專利63-97694、7-90287等所報道的含碳類電流變液，中國專利99115944.6所報道的稀土摻雜改性的二氧化鈦電流變液等。這些材料所配制的電流變液較好地克服了含水電流變液溫度穩定性差的缺點。但這些電流變液的力學強度(＜10kPa)低，仍不能滿足工業應用要求。最近我們制備了一種具有納米尺寸的新型中孔二氧化鈦電流變材料，其屈服應力可達15kPa，然而由于制備過程采用的是胺類表面活性劑來誘導中孔結構，所獲得的中孔二氧化鈦電流變顆粒孔壁偏薄、結晶程度低，導致熱穩定性差，從而使電流變性能的穩定性變差。同時該電流變材料的力學強度(15kPa)仍處于傳統水平，無法滿足多數應用要求。
發明內容
為解決傳統電流變液的低力學強度和胺類表面活性劑誘導的中孔二氧化鈦電流變顆粒熱穩定性差的缺點，本發明采用先進的蒸發誘導下的三嵌段聚合物自組裝技術制備了一種不僅熱穩定性好，而且具有超高電流變效應的摻雜鈰離子的中孔二氧化鈦電流變液材料。其特點是該電流變液具有63kPa(4kV/mm)的屈服強度，比現有的傳統電流變液提高近一個數量級；同時由于采用了三嵌段聚合物作為中孔結構的誘導劑，顆粒具有更厚和結晶程度更高的孔壁，表現出良好的熱穩定性。
圖1中孔二氧化鈦電流變液電流變液(18％)在剪切速率3.0S-1下的剪切應力與時間關系(25℃)圖2中孔二氧化鈦電流變液電流變液屈服應力與電場強度(直流)的關系(25℃)圖3中孔二氧化鈦電流變液電流變液電流密度與電場強度(直流)的關系(25℃)圖4中孔二氧化鈦電流變液(18％)電流變液的剪切強度與剪切速率的關系(25℃)圖5中孔二氧化鈦電流變液電流變液(31％)在剪切速率3.0S-1下的剪切應力與時間關系(25℃)具體實施方式
所用原料有化學純四氯化鈦，分析純無水乙醇，分析純氯化鈰，二次去離子水和聚氧乙烯-聚氧丙烯表面活性劑Pluronic P-123(分子式HO(CH2CH2O)20(CH2CH(CH3)O)70(CH2CH2O)20，、Pluronic F-I27(分子式HO(CH2CH2O)106(CH2CH(CH3)O)70(CH2CH2O)106。將表面活性劑加熱溶解于無水乙醇中獲得含有表面活性劑的乙醇溶液；將四氯化鈦和氯化鈰溶解于用一定量的濃鹽酸和乙醇配置的溶劑中獲得溶膠前驅體；在室溫攪拌下將溶膠前驅體緩慢加到含有表面活性劑的乙醇溶液之中，滴加完畢后繼續攪拌5～10分鐘以使反應物混合更加均勻，此時溶液的pH值小于1，形成透明溶液；將此透明溶液倒入敞口的培養皿中恒溫40℃下存放7-14天揮發溶劑、水和鹽酸完成鈦鹽的凝膠過程；將塊狀凝膠轉入箱式電阻爐中，按1℃/分鐘升溫并在400℃或450℃連續處理6小時脫掉模板劑，得到了中孔的摻雜二氧化鈦電流變液分散相材料；最后將此顆粒在150℃干燥8小時后與經烘制過的硅油按一定的顆粒/硅油體積比用瑪瑙研缽混合均勻，即得到中孔的摻雜二氧化鈦電流變液。
本發明的實現過程和材料的性能由實施例和
實施例一將5克表面活性劑F-I27加熱溶解于20毫升無水乙醇中獲得含有表面活性劑的乙醇溶液；將17克四氯化鈦，和1.11克氯化鈰溶解于用20毫升的濃鹽酸和乙醇(1∶1)配置的溶劑中獲得溶膠前驅體；在室溫攪拌下將溶膠前驅體緩慢加到含有表面活性劑的乙醇溶液之中，滴加完畢后繼續攪拌5～10分鐘以使反應物混合更加均勻，并用濃鹽酸調節pH值為1，形成透明溶液；然后將此透明溶液放入烘箱在40℃下存放7-14天揮發溶劑獲得濃縮的均勻凝膠；將凝膠轉入坩堝放入箱式電阻爐中，按1℃/分鐘升溫并在400℃連續處理6小時脫掉表面活性劑，即得到了中孔的摻雜二氧化鈦電流變液分散相材料；最后將此顆粒在150℃干燥8小時后與經烘制過的硅油按顆粒/硅油體積比18％用瑪瑙研缽混合均勻，即得到中孔的摻雜二氧化鈦電流變液。圖1是該電流變液在固定剪切速率下的剪切應力與時間關系；圖2是該電流變液在固定剪切速率下的剪切應力與電場強度的關系；圖3該電流變液電流變液電流密度與電場強度的關系；圖4該電流變液電流變液的剪切強度與剪切速率的關系實施例二將由實施例一制備的中孔稀土摻雜二氧化鈦顆粒在150℃下處理8小時以上與經150℃處理2小時的硅油按顆粒體積分數23％配制電流變液。該電流變液在固定剪切速率下的剪切應力與電場強度關系見圖2。
實施例三將由實施例一制備的中孔稀土摻雜二氧化鈦顆粒在150℃下處理8小時以上與經150℃處理2小時的硅油按顆粒體積分數31％配制電流變液。該電流變液在固定剪切速率下的剪切應力與電場強度關系見圖2；圖5是該電流變液在固定剪切速率下的剪切應力與時間關系。
權利要求
1.一種新型的摻雜鈰離子中孔二氧化鈦電流變液材料，其特征在于該材料的分散相是用蒸發誘導自組裝技術制備的新型的摻雜鈰離子中孔二氧化鈦介電顆粒，連續相基液為硅油。
2.如權利要求1所述一種新型的摻雜鈰離子中孔二氧化鈦電流變液材料，其特征在于該中孔鈰離子摻雜二氧化鈦具有5～6nm的孔洞，孔壁為銳鈦礦型納米氧化鈦。
3.如權利要求1所述一種新型的摻雜鈰離子中孔二氧化鈦電流變液材料，其特征在于中孔鈰離子摻雜二氧化鈦具有185～220m2/g的比表面積和0.29～0.35cm3/g的孔體積。
4.如權利要求1所述一種新型的摻雜鈰離子中孔二氧化鈦電流變液材料，其特征在于鈰與鈦的摩爾比為0.07。
5.如權利要求1所述一種新型的摻雜鈰離子中孔二氧化鈦電流變液材料，其特征在于分散相中孔鈰離子摻雜二氧化鈦是用聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物作模板劑，鈦的無機氯化物作鈦前驅體制備獲得。
6.如權利要求1所述一種新型的摻雜鈰離子中孔二氧化鈦電流變液材料，其特征在于中孔二氧化鈦顆粒采用蒸發誘導自組裝技術制備，工藝包括如下步驟(1)所用原料有化學純四氯化鈦，分析純無水乙醇，分析純氯化鈰，二次去離子水和聚氧乙烯-聚氧丙烯表面活性劑Pluronic P-123(分子式HO(CH2CH2O)20(CH2CH(CH3)O)70(CH2CH2O)20、Pluronic F-127(分子式HO(CH2CH2O)106(CH2CH(CH3)O)70(CH2CH2O)106。(2)將表面活性劑加熱溶解于無水乙醇中獲得含有表面活性劑的乙醇溶液；將四氯化鈦和氯化鈰溶解于用一定量的濃鹽酸和乙醇配置的溶劑中獲得溶膠前驅體；在室溫攪拌下將溶膠前驅體緩慢加到含有表面活性劑的乙醇溶液之中，滴加完畢后繼續攪拌5～10分鐘以使反應物混合更加均勻，此時溶液的pH值小于1，形成透明溶液；(3)將此透明溶液倒入敞口的培養皿中恒溫40℃下存放7-14天揮發溶劑、水和鹽酸完成鈦鹽的凝膠過程；(4)將塊狀凝膠轉入箱式電阻爐中，按1℃/分鐘升溫并在400℃或450℃連續處理6小時脫掉模板劑，得到了中孔的摻雜二氧化鈦電流變液分散相材料；(5)將中孔的摻雜二氧化鈦電流變顆粒在150℃干燥8小時后與經烘制過的硅油按一定的顆粒/硅油體積比用瑪瑙研缽混合均勻，即得到中孔的摻雜二氧化鈦電流變液。
全文摘要
本發明涉及一種電流變液材料，特別涉及一種新型的摻雜鈰離子中孔二氧化鈦電流變液材料。與先前我們用胺類表面活性劑誘導的中孔稀土摻雜改性的二氧化鈦電流變液材料相比，本發明選用了聚氧乙烯－聚氧丙烯－聚氧乙烯三嵌段共聚物作模板劑，并采用先進的蒸發誘導自組裝技術制備了孔大、壁厚、熱穩定性更好的鈰離子摻雜的二氧化鈦電流變液材料。該材料不僅具有出奇高的力學性能(附圖顯示了摻雜鈰離子的中孔二氧化鈦電流變液電流變液屈服應力與電場強度(直流)的關系(31％，25℃))，同時具有更好的熱穩定性。
文檔編號C10M107/50GK1670142SQ20041002595
公開日2005年9月21日 申請日期2004年3月16日 優先權日2004年3月16日
發明者趙曉鵬, 尹劍波 申請人:西北工業大學