專利名稱：一種乙酰胺改性的納米氧化鈦電流變液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化鈦電流變液，特別涉及一種乙酰胺改性的納米氧化鈦電流變液。
背景技術(shù)：
電流變液通常是由高介電常數(shù)、低電導(dǎo)率的固體顆粒分散于低介電常數(shù)的絕緣油中而形成的懸浮體系。該體系在電場的作用下可在瞬間實現(xiàn)液一固相轉(zhuǎn)變(稱電流變效應(yīng))，且這種轉(zhuǎn)變行為具有快速、可逆、可調(diào)控等優(yōu)點，故在自動化、減振器、離合器、阻尼器、無級調(diào)速裝置及光學(xué)與印刷設(shè)備上有重要的應(yīng)用價值。
然而，目前阻礙電流變技術(shù)應(yīng)用的主要問題是電流變液的屈服強度過低、抗沉降能力差。為改善其性能研究者們開發(fā)了大量高聚物電流變液，盡管改后電流變液系統(tǒng)抗沉降能力大大提高，但力學(xué)性能差的缺點仍未克服。廣泛認為，電流變效應(yīng)受控于顆粒的性質(zhì)，其中主要包括顆粒幾何參數(shù)(如尺寸與形狀)和物理性質(zhì)(介電與電導(dǎo)特性)。氧化鈦、鈣鈦礦類無機氧化物具有高的介電常數(shù)，為制備高性能電流變材料奠定了良好基礎(chǔ)；特別是通過摻雜等改性手段調(diào)節(jié)其電導(dǎo)可實現(xiàn)電流變材料性能的進一步優(yōu)化。但是，目前所獲得的無機氧化物電流變液的主要缺點仍然是屈服應(yīng)力低、抗沉降性差、制備工藝復(fù)雜等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有高屈服應(yīng)力和好的抗沉降性的納米氧化鈦電流變液，其中，分散相不同于傳統(tǒng)的微米電流變顆粒，采用了納米氧化鈦顆粒作為基體，這里納米氧化鈦可選自無定型、銳鈦礦和金紅石三種晶型；并且用高極性和穩(wěn)定性好的乙酰胺對納米氧化鈦顆粒進行改性，實現(xiàn)顆粒介電調(diào)控，使納米顆粒對外加電場產(chǎn)生更有效的極化響應(yīng)，獲得高電流變性能；同時由于選用了納米顆粒做分散相，該電流變液還具有良好的抗沉降性。此外，該電流變液制備十分簡單，原料易得，且通過改變納米氧化鈦的晶型以及改變酰胺種類實現(xiàn)對電流變性能的調(diào)節(jié)與優(yōu)化。


圖1(a)為實施例中未經(jīng)乙酰胺修飾的電流變液的靜態(tài)屈服強度與電場強度的關(guān)系曲線，(b)為相應(yīng)的電流密度曲線；圖2(a)為本實施例中經(jīng)乙酰胺修飾的電流變液的靜態(tài)屈服強度與電場強度的關(guān)系曲線，(b)為相應(yīng)的電流密度曲線。
具體實施例方式
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的稱取30毫升化學(xué)純的鈦酸正丁酯為原料，乙醇為溶劑，在攪拌條件下加入150毫升乙醇配制鈦酸正丁酯的乙醇溶液，同時加入氯化鑭的乙醇溶液(確保稀土元素鑭與氧化鈦的摩爾比為0.05)；在攪拌條件下，將該溶液逐滴滴加入600毫升水中；滴加完畢后再繼續(xù)攪拌以期反應(yīng)完全，最終得到白色的溶膠，并將白色溶膠分成三等份；在第一份溶膠中，按照預(yù)定摩爾比加入用水溶解好的乙酰胺溶液，并進一步室溫攪拌4小時后過夜獲得乙酰胺改性的無定型納米氧化鈦白色沉淀，沉淀經(jīng)過濾，水洗和醇洗后，在120℃下真空干燥20小時后與甲基硅油在120℃的紅外燈下配制成乙酰胺改性的無定型納米氧化鈦電流變液；在70℃和攪拌條件下將5毫升硝酸溶液(65％)滴入第二份溶膠中，反應(yīng)4小時，初始膠體由白色轉(zhuǎn)變?yōu)樗{色，再次轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨?，靜置過夜獲得白色產(chǎn)物，產(chǎn)物經(jīng)離心水洗至pH值為7后投入到溶解有乙酰胺水溶液中，繼續(xù)超聲攪拌6小時反應(yīng)后過夜獲得乙酰胺改性的銳鈦礦型納米氧化鈦白色沉淀；沉淀經(jīng)過濾，水洗和醇洗后，在120℃下真空干燥20小時后與甲基硅油在120℃的紅外燈下配制成乙酰胺改性的銳鈦礦型納米氧化鈦電流變液；在90℃和攪拌條件下將5毫升硝酸溶液(65％)滴入第二份溶膠中，反應(yīng)4小時，初始膠體由白色轉(zhuǎn)變?yōu)樗{色，再次轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨?，靜置過夜獲得白色產(chǎn)物，產(chǎn)物經(jīng)離心水洗至pH值為7后投入到溶解有乙酰胺水溶液中，繼續(xù)超聲攪拌6小時反應(yīng)后過夜獲得乙酰胺改性的金紅石型納米氧化鈦白色沉淀；沉淀經(jīng)過濾，水洗和醇洗后，在120℃下真空干燥20小時后與甲基硅油在120℃的紅外燈下配制成乙酰胺改性的金紅石型納米氧化鈦電流變液。
當(dāng)上述反應(yīng)體系中不加入乙酰胺時，便可制得純納米氧化鈦及相應(yīng)的純納米氧化鈦電流變液。
本發(fā)明的實現(xiàn)過程和材料性能由以下實施例詳細說明實施例一(無定型納米氧化鈦電流變液)稱取20毫升化學(xué)純的鈦酸正丁酯為原料，乙醇為溶劑，在攪拌條件下加入100毫升乙醇配制鈦酸正丁酯的乙醇溶液，同時加入氯化鑭的乙醇溶液(確保稀土元素鑭與氧化鈦的摩爾比為0.05)；在攪拌條件下，將該溶液逐滴滴加入400毫升水中；滴加完畢后再繼續(xù)攪拌以期反應(yīng)完全，最終得到白色的溶膠，并將白色溶膠分成二等份
第一份溶膠直接過夜獲得白色沉淀，沉淀經(jīng)過濾，水洗和醇洗后，在120℃下真空干燥20小時后與硅油按顆粒/硅油質(zhì)量比70％，在120℃的紅外燈下配制成無定型納米氧化鈦電流變液，命名為NT-ERF。用NXS-11板板粘度計測量流變學(xué)性能；該電流變液的靜態(tài)屈服強度與電場強度的關(guān)系曲線以及相應(yīng)的電流密度曲線如附圖1所示。
在第二份溶膠中，加入用水溶解好的乙酰胺溶液(乙酰胺與氧化鈦摩爾比0.05和0.5)，并進一步室溫攪拌4小時后過夜獲得乙酰胺改性的無定型納米氧化鈦白色沉淀，沉淀經(jīng)過濾，水洗和醇洗后，在120℃下真空干燥20小時后與硅油在120℃的紅外燈下配制成乙酰胺改性的無定型納米氧化鈦電流變液，命名為MNT-ERF。用NXS-11板板粘度計測量流變學(xué)性能；該電流變液的靜態(tài)屈服強度與電場強度的關(guān)系曲線以及相應(yīng)的電流密度曲線如附圖2所示。
實施例二(銳鈦礦型納米氧化鈦電流變液)稱取20毫升化學(xué)純的鈦酸正丁酯為原料，乙醇為溶劑，在攪拌條件下加入100毫升乙醇配制鈦酸正丁酯的乙醇溶液，同時加入氯化鑭的乙醇溶液(確保稀土元素鑭與氧化鈦的摩爾比為0.05)；在攪拌條件下，將該溶液逐滴滴加入400毫升水中；滴加完畢后再繼續(xù)攪拌以期反應(yīng)完全，最終得到白色的溶膠，并將白色溶膠分成二等份在70℃和攪拌條件下將5毫升硝酸溶液(65％)滴入到第一份溶膠中，反應(yīng)4小時，初始膠體由白色轉(zhuǎn)變?yōu)樗{色，再次轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨?，靜置過夜獲得白色產(chǎn)物，產(chǎn)物經(jīng)離心水洗至pH值為7過夜獲得銳鈦礦型納米氧化鈦白色沉淀；沉淀經(jīng)過濾，水洗和醇洗后，在120℃下真空干燥20小時后與硅油按顆粒/硅油質(zhì)量比70％，在120℃的紅外燈下配制成純銳鈦礦型納米氧化鈦電流變液，命名為ANT-ERF。用NXS-11板板粘度計測量流變學(xué)性能；該電流變液的靜態(tài)屈服強度與電場強度的關(guān)系曲線以及相應(yīng)的電流密度曲線如附圖1所示。
在70℃和攪拌條件下將5毫升硝酸溶液(65％)滴入第二份溶膠中，反應(yīng)4小時，初始膠體由白色轉(zhuǎn)變?yōu)樗{色，再次轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨?，靜置過夜獲得白色產(chǎn)物，產(chǎn)物經(jīng)離心水洗至pH值為7后投入到溶解有乙酰胺的水溶液中(乙酰胺與氧化鈦摩爾比0.05和0.5)，繼續(xù)超聲攪拌6小時反應(yīng)后過夜獲得乙酰胺改性的銳鈦礦型納米氧化鈦白色沉淀；沉淀經(jīng)過濾，水洗和醇洗后，在120℃下真空干燥20小時后與硅油按顆粒/硅油質(zhì)量比70％，在120℃的紅外燈下配制成乙酰胺改性的銳鈦礦型納米氧化鈦電流變液，命名為MANT-ERF。用NXS-11板板粘度計測量流變學(xué)性能；該電流變液的靜態(tài)屈服強度與電場強度的關(guān)系曲線以及相應(yīng)的電流密度曲線如附圖2所示。
實施例三(金紅石型納米氧化鈦電流變液)稱取20毫升化學(xué)純的鈦酸正丁酯為原料，乙醇為溶劑，在攪拌條件下加入100毫升乙醇配制鈦酸正丁酯的乙醇溶液，同時加入氯化鑭的乙醇溶液(確保稀土元素鑭與氧化鈦的摩爾比為0.05)；在攪拌條件下，將該溶液逐滴滴加入400毫升水中；滴加完畢后再繼續(xù)攪拌以期反應(yīng)完全，最終得到白色的溶膠，并將白色溶膠分成二等份在90℃和攪拌條件下將5毫升硝酸溶液(65％)滴入到第一份溶膠中，反應(yīng)4小時，初始膠體由白色轉(zhuǎn)變?yōu)樗{色，再次轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨?，靜置過夜獲得白色產(chǎn)物，產(chǎn)物經(jīng)離心水洗至pH值為7過夜獲得金紅石型納米氧化鈦白色沉淀；沉淀經(jīng)過濾，水洗和醇洗后，在120℃下真空干燥20小時后與硅油按顆粒/硅油質(zhì)量比70％，在120℃的紅外燈下配制成純金紅石型納米氧化鈦電流變液，命名為RNT-ERF。用NXS-11板板粘度計測量流變學(xué)性能；該電流變液的靜態(tài)屈服強度與電場強度的關(guān)系曲線以及相應(yīng)的電流密度曲線如附圖1所示。
在90℃和攪拌條件下將5毫升硝酸溶液(65％)滴入第二份溶膠中，反應(yīng)4小時，初始膠體由白色轉(zhuǎn)變?yōu)樗{色，再次轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨?，靜置過夜獲得白色產(chǎn)物，產(chǎn)物經(jīng)離心水洗至pH值為7后投入到溶解有乙酰胺的水溶液中(乙酰胺與氧化鈦摩爾比0.05和0.5)，繼續(xù)超聲攪拌6小時反應(yīng)后過夜獲得乙酰胺改性的金紅石型納米氧化鈦白色沉淀；沉淀經(jīng)過濾，水洗和醇洗后，在120℃下真空干燥20小時后與硅油按顆粒/硅油質(zhì)量比70％，在120℃的紅外燈下配制成乙酰胺改性的金紅石型納米氧化鈦電流變液，命名為MRNT-ERF。用NXS-11板板粘度計測量流變學(xué)性能；該電流變液的靜態(tài)屈服強度與電場強度的關(guān)系曲線以及相應(yīng)的電流密度曲線如附圖2所示。
權(quán)利要求
1.一種乙酰胺改性的納米氧化鈦電流變液，其分散相為乙酰胺改性的氧化鈦納米顆粒，連續(xù)相基液為甲基硅油；其特征在于氧化鈦選自無定型、銳鈦礦和金紅石三種晶型，并且該復(fù)合顆粒還包含少量稀土元素鑭以減小顆粒尺寸。
2.如權(quán)利要求1所述的一種乙酰胺改性的納米氧化鈦電流變液，其特征在于乙酰胺與氧化鈦的摩爾比為0.05和0.5。
3.如權(quán)利要求1所述的一種乙酰胺改性的納米氧化鈦電流變液，其特征在于稀土元素鑭與氧化鈦的摩爾比為0.05。
4.如權(quán)利要求1所述的一種乙酰胺改性的納米氧化鈦電流變液，其特征是該材料的制備過程包括以下步驟(1)稱取30毫升化學(xué)純的鈦酸正丁酯為原料，乙醇為溶劑，在攪拌條件下加入150毫升乙醇配制鈦酸正丁酯的乙醇溶液，同時加入氯化鑭的乙醇溶液；在攪拌條件下，將該溶液逐滴滴加入600毫升水中；滴加完畢后再繼續(xù)攪拌以期反應(yīng)完全，最終得到白色的溶膠，并將白色溶膠分成三份；(2)在第一份溶膠中，按照預(yù)定摩爾比加入用水溶解好的乙酰胺溶液，并進一步室溫攪拌4小時后過夜獲得乙酰胺修飾的無定型納米氧化鈦白色沉淀，沉淀經(jīng)過濾，水洗和醇洗后，在120℃下真空干燥20小時后與甲基硅油在120℃的紅外燈下配制成乙酰胺修飾的無定型納米氧化鈦電流變液；(3)在70℃和攪拌條件下將5毫升硝酸溶液(65％)滴入第二份溶膠中，反應(yīng)4小時，初始膠體由白色轉(zhuǎn)變?yōu)樗{色，再次轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨?，靜置過夜獲得白色產(chǎn)物，產(chǎn)物經(jīng)離心水洗至pH值為7后投入到溶解有乙酰胺水溶液中，繼續(xù)超聲攪拌6小時后過夜獲得乙酰胺修飾的銳鈦礦型納米氧化鈦白色沉淀；沉淀經(jīng)過濾，水洗和醇洗后，在120℃下真空干燥20小時后與甲基硅油在120℃的紅外燈下配制成乙酰胺修飾的銳鈦礦型納米氧化鈦電流變液；(4)在90℃和攪拌條件下將5毫升硝酸溶液(65％)滴入第二份溶膠中，反應(yīng)4小時，初始膠體由白色轉(zhuǎn)變?yōu)樗{色，再次轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨?，靜置過夜獲得白色產(chǎn)物，產(chǎn)物經(jīng)離心水洗至pH值為7后投入到溶解有乙酰胺水溶液中，繼續(xù)超聲攪拌6小時后過夜獲得乙酰胺修飾的金紅石型納米氧化鈦白色沉淀；沉淀經(jīng)過濾，水洗和醇洗后，在120℃下真空干燥20小時后與甲基硅油在120℃的紅外燈下配制成乙酰胺修飾的金紅石型納米氧化鈦電流變液。
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種乙酰胺改性的納米氧化鈦電流變液，該電流變液的分散相為乙酰胺改性的氧化鈦納米顆粒，連續(xù)相基液為甲基硅油；這里氧化鈦選自無定型、銳鈦礦和金紅石三種晶型，并且該復(fù)合顆粒還包含少量稀土元素鑭以減小顆粒尺寸。在4kV/mm的直流電場作用下，乙酰胺包覆的氧化鈦電流變液的屈服強度可達70kPa，并具有良好的抗沉降性。該乙酰胺改性的納米氧化鈦電流變液的性能如附圖所示。該電流變液制備十分簡單，原料易得，且通過改變納米氧化鈦的晶型以及改變酰胺種類實現(xiàn)對電流變性能的調(diào)節(jié)與優(yōu)化。
文檔編號C10N40/14GK1769403SQ20041007322
公開日2006年5月10日 申請日期2004年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月3日
發(fā)明者趙曉鵬, 尹劍波, 喬蔭頗, 王寶祥, 趙艷 申請人:西北工業(yè)大學(xué)