專利名稱：一種尿素/甲酰胺復(fù)合納米氧化鈦電流變液的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高性能電流變液的制備方法，特別涉及復(fù)合有尿素/甲酰胺極性分子的納米氧化鈦電流變液的制備方法。
背景技術(shù)：
電流變液作為一種新的智能型軟物質(zhì)，具有十分重要的應(yīng)用前景。它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(shí)現(xiàn)液—固相轉(zhuǎn)變，且這種轉(zhuǎn)變行為具有快速、可逆、可調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)，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(jià)值。傳統(tǒng)的微米顆粒電流變液具有較寬的工作溫區(qū)，漏電流密度小，能耗小等，但還存在著力學(xué)值不高、抗沉降性差、制備工藝復(fù)雜或成本高等問題，仍然阻礙了其廣泛使用。納米電流變液材料從根本上克服了上述缺點(diǎn)，其最突出的優(yōu)點(diǎn)是屈服應(yīng)力值有了明顯的提高，大大超過了微米顆粒電流變液，同時(shí)，抗沉降性能也有所提高，如張等發(fā)明的表面活性劑復(fù)合鈦酸鍶電流變液，Wen等報(bào)道的尿素復(fù)合草酸鈦鋇電流變液。然而我們發(fā)現(xiàn)這些用常溫固體極性分子復(fù)合的電流變液當(dāng)高溫處理時(shí)間過長時(shí)，電流變活性會不同程度下降，這也勢必影響其廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型納米電流變液的制備方法，其特征是分散相選用了常溫處于固體的尿素和液態(tài)的甲酰胺對納米氧化鈦進(jìn)行復(fù)合改性，這里甲酰胺和尿素為強(qiáng)極性有機(jī)物，自身可對外加電場產(chǎn)生有效的極化響應(yīng)；同時(shí)高沸點(diǎn)的液態(tài)甲酰胺在高溫處理后不易象水一樣揮發(fā)，從而仍可提供載流子輸運(yùn)環(huán)境，達(dá)到提供強(qiáng)界面極化之目的，尿素則可降低電流密度，從而獲得高的穩(wěn)定的電流變效應(yīng)。另外本發(fā)明采用了簡單易行濕化學(xué)制備技術(shù)，制備過程中采用0～5℃冰水浴對反應(yīng)物鈦酸正丁酯加以保護(hù)，抑制其水解，能有效地控制氧化鈦顆粒粒徑，比傳統(tǒng)的制備方法所得產(chǎn)物的粒徑明顯減小。


圖1(a)為實(shí)施例一至四中所得的電流變液的靜態(tài)屈服強(qiáng)度與電場強(qiáng)度的關(guān)系曲線，(b)為相應(yīng)的電流密度曲線；圖2(a)為實(shí)施例五至八中所得的電流變液的靜態(tài)屈服強(qiáng)度與電場強(qiáng)度的關(guān)系曲線，(b)為相應(yīng)的電流密度曲線。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的(1)稱取5毫升化學(xué)純的鈦酸正丁酯，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，在攪拌配制溶液的同時(shí)用溫度處于0～5℃之間的冰水浴降低周圍溫度加以保護(hù)，保持在滴加過程中鈦酸正丁酯不至水解變渾濁，影響顆粒尺寸；(2)將給定量的分析純甲酰胺加入已配制的上述鈦酸正丁酯溶液中，攪拌使之均勻混合；(3)將給定量的分析純尿素溶于800毫升蒸餾水中，配制成溶液；(4)在0～5℃冰水浴及攪拌條件下，將步驟(2)中獲得的鈦酸正丁酯/甲酰胺的醇溶液逐滴滴加到步驟(3)中所配制的含有尿素的水溶液中，滴加完畢后再繼續(xù)攪拌20小時(shí)以使反應(yīng)完全，并過夜陳化得到乳白色的溶膠液；(5)將步驟(4)中得到的反應(yīng)得到的乳白色的溶膠液經(jīng)抽濾、水洗和乙醇洗滌后獲得濾餅，濾餅置于真空干燥箱中在120℃真空干燥6小時(shí)后取出；(6)步驟(5)得到的干燥的尿素/甲酰胺復(fù)合的納米氧化鈦(粉體)與甲基硅油按照顆粒/硅油質(zhì)量比為3∶1混合均勻，并用瑪瑙研缽研磨6小時(shí)后制得電流變液，該電流變液再在120℃紅外燈下烘制12小時(shí)后，用NXS-11板板粘度計(jì)測量其流變學(xué)性能。
以便比較，當(dāng)上述步驟(2)中預(yù)先不加入甲酰胺時(shí)便可制得單純尿素復(fù)合的納米氧化鈦電流變液；當(dāng)上述步驟(2)和(3)中同時(shí)不加入甲酰胺和尿素時(shí)，便可制得單純納米氧化鈦電流變液。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過程和材料性能由以下實(shí)施例詳細(xì)說明實(shí)施例一稱取5毫升化學(xué)純的鈦酸正丁酯，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，在攪拌配制溶液的同時(shí)用溫度處于0～5℃之間的冰水浴降低周圍溫度加以保護(hù)，保持在滴加過程中鈦酸正丁酯不至水解變渾濁，影響顆粒尺寸；將1.5毫升分析純甲酰胺加入已配制的上述鈦酸正丁酯溶液中，攪拌使之均勻混合；將5克分析純尿素溶于800毫升蒸餾水中，配制成溶液；在0～5℃冰水浴及攪拌條件下，將鈦酸正丁酯/甲酰胺的醇溶液逐滴滴加到所配制的含有尿素的水溶液中，滴加完畢后再繼續(xù)攪拌20小時(shí)以使反應(yīng)完全，并過夜陳化得到乳白色的溶膠液；將該溶膠液抽濾、水洗和乙醇洗滌后獲得濾餅，濾餅置于真空干燥箱中在120℃真空干燥6小時(shí)后得到的干燥的尿素/甲酰胺復(fù)合的納米氧化鈦(粉體)；將該粉體與甲基硅油按照顆粒/硅油質(zhì)量比為2∶1混合均勻，并用瑪瑙研缽研磨6小時(shí)后制得電流變液，取名為LB-ERF。該電流變液再在120℃紅外燈下烘制12小時(shí)后，用NXS-11板板粘度計(jì)測量其流變學(xué)性能。該電流變液的靜態(tài)屈服強(qiáng)度與電場強(qiáng)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。
實(shí)施例二稱取5毫升化學(xué)純的鈦酸正丁酯，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，在攪拌配制溶液的同時(shí)用溫度處于0～5℃之間的冰水浴降低周圍溫度加以保護(hù)，保持在滴加過程中鈦酸正丁酯不至水解變渾濁，影響顆粒尺寸；將4毫升分析純甲酰胺加入已配制的上述鈦酸正丁酯溶液中，攪拌使之均勻混合；將5克分析純尿素溶于800毫升蒸餾水中，配制成溶液；在0～5℃冰水浴及攪拌條件下，將鈦酸正丁酯/甲酰胺的醇溶液逐滴滴加到所配制的含有尿素的水溶液中，滴加完畢后再繼續(xù)攪拌20小時(shí)以使反應(yīng)完全，并過夜陳化得到乳白色的溶膠液；將該溶膠液抽濾、水洗和乙醇洗滌后獲得濾餅，濾餅置于真空干燥箱中在120℃真空干燥6小時(shí)后得到的干燥的尿素/甲酰胺復(fù)合的納米氧化鈦(粉體)；將該粉體與甲基硅油按照顆粒/硅油質(zhì)量比為2∶1混合均勻，并用瑪瑙研缽研磨6小時(shí)后制得電流變液，取名為MB-ERF。該電流變液再在120℃紅外燈下烘制12小時(shí)后，用NXS-11板板粘度計(jì)測量其流變學(xué)性能。該電流變液的靜態(tài)屈服強(qiáng)度與電場強(qiáng)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。
實(shí)施例三稱取5毫升化學(xué)純的鈦酸正丁酯，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，在攪拌配制溶液的同時(shí)用溫度處于0～5℃之間的冰水浴降低周圍溫度加以保護(hù)，保持在滴加過程中鈦酸正丁酯不至水解變渾濁，影響顆粒尺寸；將5克分析純尿素溶于800毫升蒸餾水中，配制成溶液；在0～5℃冰水浴及攪拌條件下，將鈦酸正丁酯/甲酰胺的醇溶液逐滴滴加到所配制的含有尿素的水溶液中，滴加完畢后再繼續(xù)攪拌20小時(shí)以使反應(yīng)完全，并過夜陳化得到乳白色的溶膠液；將該溶膠液抽濾、水洗和乙醇洗滌后獲得濾餅，濾餅置于真空干燥箱中在120℃真空干燥6小時(shí)后得到的干燥的純尿素復(fù)合的納米氧化鈦(粉體)；將該粉體與甲基硅油按照顆粒/硅油質(zhì)量比為2∶1混合均勻，并用瑪瑙研缽研磨6小時(shí)后制得電流變液，取名為UB-ERF。該電流變液再在120℃紅外燈下烘制12小時(shí)后，用NXS-11板板粘度計(jì)測量其流變學(xué)性能。該電流變液的靜態(tài)屈服強(qiáng)度與電場強(qiáng)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。
實(shí)施例四
稱取5毫升化學(xué)純的鈦酸正丁酯，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，在攪拌配制溶液的同時(shí)用溫度處于0～5℃之間的冰水浴降低周圍溫度加以保護(hù)，保持在滴加過程中鈦酸正丁酯不至水解變渾濁，影響顆粒尺寸；在0～5℃冰水浴及攪拌條件下，將鈦酸正丁酯的醇溶液逐滴滴加到水溶液中，滴加完畢后再繼續(xù)攪拌20小時(shí)以使反應(yīng)完全，并過夜陳化得到乳白色的溶膠液；將該溶膠液抽濾、水洗和乙醇洗滌后獲得濾餅，濾餅置于真空干燥箱中在120℃真空干燥6小時(shí)后得到的干燥的純納米氧化鈦(粉體)；將該粉體與甲基硅油按照顆粒/硅油質(zhì)量比為2∶1混合均勻，并用瑪瑙研缽研磨6小時(shí)后制得電流變液，取名為PB-ERF。該電流變液再在120℃紅外燈下烘制12小時(shí)后，用NXS-11板板粘度計(jì)測量其流變學(xué)性能。該電流變液的靜態(tài)屈服強(qiáng)度與電場強(qiáng)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。
實(shí)施例五將實(shí)施例一所得的電流變液在120℃紅外燈下再烘制24小時(shí)后所得的電流變液取名為LA-ERF。該電流變液的靜態(tài)屈服強(qiáng)度與電場強(qiáng)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(shí)施例六將實(shí)施例二所得的電流變液在120℃紅外燈下再烘制24小時(shí)后所得的電流變液取名為MA-ERF。該電流變液的靜態(tài)屈服強(qiáng)度與電場強(qiáng)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(shí)施例七將實(shí)施例三所得的電流變液在120℃紅外燈下再烘制24小時(shí)后所得的電流變液取名為UA-ERF。該電流變液的靜態(tài)屈服強(qiáng)度與電場強(qiáng)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(shí)施例八將實(shí)施例四所得的電流變液在120℃紅外燈下再烘制24小時(shí)后所得的電流變液取名為PA-ERF。該電流變液的靜態(tài)屈服強(qiáng)度與電場強(qiáng)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
1.一種尿素/甲酰胺復(fù)合納米氧化鈦電流變液的制備方法，其特征在于在冰水浴條件下通過含有鈦酸正丁酯和甲酰胺的醇溶液在含有尿素的水溶液中水解反應(yīng)獲得復(fù)合有尿素/甲酰胺的氧化鈦納米顆粒，而后該納米顆粒與甲基硅油共同研磨得到電流變液。
2.如權(quán)利要求1所述的一種尿素/甲酰胺復(fù)合納米氧化鈦電流變液的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)稱取5毫升化學(xué)純的鈦酸正丁酯，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，在攪拌配制溶液的同時(shí)用溫度處于0～5℃之間的冰水浴降低周圍溫度加以保護(hù)，保持在滴加過程中鈦酸正丁酯不至水解變渾濁，影響顆粒尺寸；(2)將給定量的分析純甲酰胺加入已配制的上述鈦酸正丁酯溶液中，攪拌使之均勻混合；(3)將給定量的分析純尿素溶于800毫升蒸餾水中，配制成含有尿素的水溶液；(4)在0～5℃冰水浴及攪拌條件下，將步驟(2)中獲得的鈦酸正丁酯/甲酰胺的醇溶液逐滴滴加到步驟(3)中所配制的含有尿素的水溶液中，滴加完畢后再繼續(xù)攪拌20小時(shí)以使反應(yīng)完全，過夜陳化得到乳白色的溶膠液；(5)將步驟(4)中得到的反應(yīng)得到的乳白色的溶膠液經(jīng)抽濾、水洗和乙醇洗滌后獲得濾餅，濾餅置于真空干燥箱中在120℃真空干燥6小時(shí)后取出；(6)步驟(5)得到的干燥的尿素/甲酰胺復(fù)合的納米氧化鈦(粉體)與甲基硅油按照顆粒/硅油質(zhì)量比為2∶1混合均勻，并用瑪瑙研缽研磨6小時(shí)后制得電流變液，該電流變液在120℃紅外燈下烘制12小時(shí)后，用NXS-11板板粘度計(jì)測量其流變學(xué)性能。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟(2)中所用的甲酰胺的量在1.0毫升和5.0毫升之間。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟(3)中所用的尿素的量為5克。
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種高電流變效應(yīng)的納米復(fù)合氧化鈦電流變液的制備方法，其特征是在冰水浴條件下通過鈦酸正丁酯和甲酰胺的醇溶液在含有尿素的水溶液中水解反應(yīng)獲得復(fù)合有尿素/甲酰胺的納米氧化鈦顆粒，而后該納米顆粒與甲基硅油共同研磨得到電流變液；制得的電流變液在4kV/mm的直流電場作用下的屈服應(yīng)力值可達(dá)70kPa，與純氧化鈦電流變液和傳統(tǒng)的微米顆粒電流變液相比有大幅度提高，其性能如附圖所示。且同時(shí)具有抗沉降性好、設(shè)計(jì)制作簡單易行、成本低廉等特點(diǎn)。
文檔編號H01B3/46GK1768914SQ20041007322
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)