CN101838578A - 一种碳纳米管电流变液 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电流变液，特别涉及一种碳纳米管电流变液，其特征在于该电流变液是由分散相碳纳米管颗粒和连续相甲基硅油混合而成；其中分散相碳纳米管是通过真空热解导电聚苯胺纳米管得到，它的外径为80-200纳米，长度主要分布于0.5-5微米。该碳纳米管与甲基硅油混合，在颗粒体积分数较高的情况下仍可获得具有良好分散性的电流变液；测试结果显示本发明提供的碳纳米管电流变液具有低的沉降性、高的电流变性能和好的温度稳定性。摘要附图显示了该碳纳米管电流变液在不同温度下的零场粘度和3kV/mm电场下的屈服应力变化。
Description
技术领域 本发明涉及一种电流变液，特别涉及一种碳纳米管电流变液。
背景技术 电流变液通常是由高介电常数、低电导率的固体颗粒分散于低介电常数的绝缘油中而形成的悬浮体系。该体系在电场的作用下可在瞬间实现液-固相转变(称电流变效应)，且这种转变行为具有快速、可逆、可调控等优点，故在自动化、减振器、离合器、阻尼器、无级调速装置及光学与印刷设备上有重要的应用价值。
然而，目前阻碍电流变技术应用的主要问题是电流变液的屈服强度过低、抗沉降能力差、温度稳定性不好。根据电流变材料划分，电流变液可分为无机颗粒基电流变液、有机颗粒基电流变液、有机/无机复合颗粒基电流变液。含碳材料是一大类重要的电流变材料，它的优点是对器件没有磨损、电导率可调、价格便宜、力学性能和温度稳定性较好，因此碳基电流变液一直受到人们关注。传统的碳基电流变液的分散颗粒大多是微米尺度的不规则或球形颗粒碳，通常可由有机物如沥青、聚丙烯腈等热解得到。日本Bridgestone有商品化的碳基电流变液出售(见专利US Patent：5106521)。然而传统的碳基电流变材料的沉降性较大，影响了该体系的应用耐久性。1991年碳纳米管被日本学者Ijima首次发现，碳纳米管具有许多优异的性能如高的比强度、可调的电学性等，特别是最近的研究表明碳纳米管在流体中会具有比颗粒碳更高的极化强度，，碳纳米管流体的场致粘度变化被发现比才传统的微米球形碳大很多，这主要源于碳纳米管的各向异性和大的长径比。但是，目前碳纳米管流体的主要问题是浓度太低导致力学值太小而没有实际的应用价值，这被认为主要是碳纳米管的难分散性造成，一旦浓度增加碳纳米管会出现严重的团聚。
发明内容 本发明提供了一种具有良好分散性、低沉降性和高力学性能的碳纳米管电流变液，不同于现有的碳纳米管流体(分散相碳纳米管通常是市售的由化学沉积或电弧放电等技术制备的直径在5-10纳米)，其特征在于该电流变液的分散相碳纳米管是通过真空热解导电聚苯胺纳米管得到，它外径为80-200纳米，长度主要分布于0.5-5微米，通过控制热解温度获得了电导率可调节的碳纳米管；该碳纳米管与甲基硅油混合，在颗粒体积分数较高(10％)的情况下仍可获得具有良好分散性的电流变液；测试结果显示本发明提供的碳纳米管电流变液具有低的沉降性和高的电流变性能。
附图说明
图1实施例一所得碳纳米管的扫描电镜照片
图2实施例一所得碳纳米管电流变液的分散性光学照片(400倍)
图3实施例一所得碳纳米管电流变液在电场下的剪切应力与剪切速率的关系
图4实施例一所得碳纳米管电流变液的温度效应
图5实施例所得碳纳米管电流变液的沉降率与时间关系
图6实施例所得碳纳米管电流变液的屈服应力与电场强度的关系
具体实施方式
本发明所提供了的一种碳纳米管电流变液由以下实施方式得到的：
(1)将16克柠檬酸和22.8克苯胺单体溶解在1200毫升去离子水中，通过搅拌获得透明溶液一；将54.8克过硫酸铵溶解在600毫升去离子水中，通过搅拌获得透明溶液二；在搅拌条件下，将溶液二快速倒入溶液一中，继续搅拌30秒后停止搅拌，混合溶液再0-5℃下静置24小时得到墨绿色产物；将墨绿色产物经过滤、水洗三次除掉未反应物，最后用无水乙醇洗涤一次，获得导电的墨绿色聚苯胺纳米管；将聚苯胺纳米管放入管式炉中，抽真空，在设定温度下热处理2小时即得到碳纳米管电流变颗粒；
(2)在150℃下将纳米管真空干燥50小时后与150℃/2小时烘制过的黏度为50mPas甲基硅油按颗粒的体积分数10％混合，混合物经搅拌并超声2小时获得均匀分散的碳纳米管电流变液。用Nikon光学显微镜观测纳米管的分散状态、在直流电场下，用HAAKE RS600电流变仪测量其流变学性能。
本发明的实现过程和材料的性能由实施例和附图说明：
实施例一：
将16克柠檬酸和22.8克苯胺单体溶解在1200毫升去离子水中，通过搅拌获得透明溶液一；将54.8克过硫酸铵溶解在600毫升去离子水中，通过搅拌获得透明溶液二；在搅拌条件下，将溶液二快速倒入溶液一中，继续搅拌30秒后停止搅拌，混合溶液再0-5℃下静置24小时得到墨绿色产物；将墨绿色产物经过滤、水洗三次除掉未反应物，最后用无水乙醇洗涤一次，获得导电的墨绿色聚苯胺纳米管；将聚苯胺纳米管放入管式炉中，抽真空，升温至500℃并煅烧2小时，即得到碳纳米管，它的形貌如图1所示，可见其外径为80-100纳米，长度主要分布于0.5-5微米。该碳纳米管的电导率为1.04×10-8S/m；在150℃下将纳米管真空干燥50小时后与150℃/2小时烘制过的粘度为50mPas甲基硅油按颗粒的体积分数为10％混合，混合物经搅拌并超声2小时获得均匀分散的碳纳米管电流变液。用Nikon光学显微镜观测电流变液中纳米管的分散状态如图2所示，可见碳纳米管在硅油中分散良好。在直流电场下，用HAAKE RS600电流变仪测量其流变学性能，电流变液的剪切应力与剪切速率的关系如附图3所示，测量屈服应力与温度的关系如附图4所示。取5毫升碳纳米管电流变液放入量筒中，静置并用直接观察法测量电流变液的悬浮稳定性如图5所示，可见碳纳米管电流变液具有明显好的悬浮稳定性。通过Bingham模型外推图3所示的流变曲线获得动态屈服应力，屈服应力与电场强度的关系如附图6所示。
实施例二：
若将导电聚苯胺纳米管放入管式炉中，抽真空，升温至400℃并煅烧2小时，即得到电导率为1.30×10-9S/m碳纳米管，它的外径为100-150纳米，长度主要分布于0.5-5微米；在150℃下将纳米管真空干燥50小时后与150℃/2小时烘制过的黏度为50mPas甲基硅油按颗粒的体积分数10％混合，混合物经搅拌并超声2小时获得均匀分散的碳纳米管电流变液。在直流电场下，用HAAKE RS600电流变仪测量流变曲线，通过Bingham模型外推获得动态屈服应力，屈服应力与电场强度的关系如附图6所示。
实施例三：
若将导电聚苯胺纳米管放入管式炉中，抽真空，升温至300℃并煅烧2小时，即得到电导率为1.27×10-9S/m碳纳米管，它的外径为100-150纳米，长度主要分布于0.5-5微米；在150℃下将纳米管真空干燥50小时后与150℃/2小时烘制过的黏度为50mPas甲基硅油按颗粒的体积分数10％混合，混合物经搅拌并超声2小时获得均匀分散的碳纳米管电流变液。在直流电场下，用HAAKE RS600电流变仪测量流变曲线，通过Bingham模型外推获得动态屈服应力，屈服应力与电场强度的关系如附图6所示。
实施例四：
若将导电聚苯胺纳米管放入管式炉中，抽真空，升温至200℃并煅烧2小时，即得到电导率为2.25×10-7S/m碳纳米管，它的外径为100-200纳米，长度主要分布于0.5-5微米；在150℃下将纳米管真空干燥50小时后与150℃/2小时烘制过的黏度为50mPas甲基硅油按颗粒的体积分数10％混合，混合物经搅拌并超声2小时获得均匀分散的碳纳米管电流变液。在直流电场下，用HAAKE RS600电流变仪测量流变曲线，通过Bingham模型外推获得动态屈服应力，屈服应力与电场强度的关系如附图6所示。
实施例五：
若将导电聚苯胺纳米管放入管式炉中，抽真空，升温至600℃并煅烧2小时，即得到电导率为2.55×10-6S/m碳纳米管，它的外径为50-100纳米，长度主要分布于0.5-5微米；在150℃下将纳米管真空干燥50小时后与150℃/2小时烘制过的黏度为50mPas甲基硅油按颗粒的体积分数10％混合，混合物经搅拌并超声2小时获得均匀分散的碳纳米管电流变液。在直流电场下，用HAAKE RS600电流变仪测量流变曲线，通过Bingham模型外推获得动态屈服应力，屈服应力与电场强度的关系如附图6所示。
Claims (3)
1.一种碳纳米管电流变液，其特征在于该电流变液是由分散相碳纳米管颗粒和连续相甲基硅油混合而成；其中分散相碳纳米管是通过真空热解导电聚苯胺纳米管得到，它的外径为80-200纳米，长度主要分布于0.5-5微米。
2.如权利要求1所述一种碳纳米管电流变液，其特征在于该电流变液的分散相碳纳米管颗粒在电流变液中的体积分数10％。
3.如权利要求1所述一种碳纳米管电流变液，其特征在于分散相碳纳米管颗粒是由下列过程制备的：
将16克柠檬酸和22.8克苯胺单体溶解在1200毫升去离子水中，通过搅拌获得透明溶液一；将54.8克过硫酸铵溶解在600毫升去离子水中，通过搅拌获得透明溶液二；在搅拌条件下，将溶液二快速倒入溶液一中，继续搅拌30秒后停止搅拌，混合溶液再0-5℃下静置24小时得到墨绿色产物；将墨绿色产物经过滤、水洗三次除掉未反应物，最后用无水乙醇洗涤一次，获得导电的墨绿色聚苯胺纳米管；将聚苯胺纳米管放入管式炉中，抽真空，在设定温度下热处理2小时即得到碳纳米管电流变颗粒。
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Cited By (5)
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|---|---|---|---|---|
| CN102081990A (zh) * | 2010-12-27 | 2011-06-01 | 河南城建学院 | 含有碳纳米管类流体的高介电复合材料 |
| CN105355934A (zh) * | 2015-10-31 | 2016-02-24 | 哈尔滨工业大学 | 一种氮掺杂碳纳米管的制备方法 |
| JP2018090717A (ja) * | 2016-12-05 | 2018-06-14 | 株式会社大成化研 | 潤滑油 |
| CN108963280A (zh) * | 2018-07-11 | 2018-12-07 | 武汉科技大学 | 基于焦耳热热解制备碳基电催化剂的方法 |
| CN111808431A (zh) * | 2020-07-02 | 2020-10-23 | 上海鸿辉光通科技股份有限公司 | 一种对光纤超低损耗的光纤填充膏及其制备方法 |
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2009
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