CN106010737B - 一种氧化石墨烯/草酸氧钛钡复合电流变液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氧化石墨烯/草酸氧钛钡复合纳米颗粒为介电粒子的电流变液及其制备方法，属于智能材料中的电流变液材料技术领域。其介电粒子分散相即氧化石墨烯/草酸氧钛钡复合颗粒，是用化学沉淀法制备。草酸氧钛钡的厚度为1～5μm，氧化石墨烯层的厚度80～150nm，电流变液中的连续相为聚二甲基硅油。按介电粒子与连续相质量比4:1配制成电流变液，可获得较高的流变特性，即在3kV/mm电场梯度下，电流变液的屈服应力提高3倍，并具有良好的抗沉降性能。

Description

一种氧化石墨烯/草酸氧钛钡复合电流变液及其制备方法
技术领域
本发明属于电流变材料技术领域，也属于智能材料技术领域，具体涉及用草酸氧钛钡对氧化石烯表面进行改性后得到的复合材料为分散相的电流变液。
背景技术
电流变液是一种由微、纳米介电颗粒分散在绝缘液体中组成的智能流体，其流变性能如剪切应力在外电场作用下能快速、可逆地出现几个数量级的变化。这种奇异的特性使得电流变液在诸如减振器、离合器、控制阀等机电转换装置方面具有广阔的应用前景。然而，根据介电极化理论设计和制备的传统型电流变液存在剪切应力较低，难以满足工业实际应用要求。2003年，温维佳等人首次发现用尿素包覆的草酸氧钛钡(BTO)纳米粒子作为介电颗粒与绝缘液体形成的悬浮液能够产生巨电流变效应，剪切应力提高数倍，解决了长期以来电流变液剪切应力较低的历史难题，但极性的尿素小分子容易分解的缺点造成流变液很不稳定，限制了这类巨电流变液的实际应用。
氧化石墨烯(GO)，为准二维层状结构，层间含有大量的羟基和羧基酸性活性基团。其离子交换容量大，长链脂肪烃、过渡金属离子、亲水性分子和聚合物等易于通过层间氢键、离子键和共价键等作用插入层间，形成层间化合物。氧化石墨烯巨大的比表面积、极性强、稳定性良好、表面丰富的官能团赋予其优异的复合性能，在经过改性和还原后可在基体中形成纳米级分散，从而使石墨烯片在改变基质的力学、流变、可渗透性和降解稳定性等方面具有更大的潜力。氧化石墨烯的介电常数和导电率均可按需调整，对氧化石墨电流变的研究已引起了人们的广泛关注。另外，由于氧化石墨烯成本低廉，原料易得，在许多领域显示出广泛的应用前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于研究氧化石墨烯/草酸氧钛钡纳米介电颗粒的制备方法，提供一种氧化石墨烯/草酸氧钛钡复合纳米粒子，其中草酸氧钛钡颗粒粒度为1～5μm，氧化石墨烯层的厚度为80～150nm。解决的技术问题在于提供一种具有较高的屈服应力值、良好的抗沉降性的以氧化石墨烯/草酸氧钛钡复合纳米颗粒为分散相的电流变液。
上述的氧化石墨烯/草酸氧钛钡复合纳米粒子的制备方法为共沉淀法：在PH＝1时，钛酸四丁酯溶液和适量的草酸混合均匀后，形成草酸氧钛根离子，加入经硅酸四乙酯水解后的氧化石墨烯，在65℃磁力加热搅拌下逐滴加入氯化钡溶液，形成灰色沉淀，过滤、洗涤、干燥后得到的颗粒即为氧化石墨烯/草酸氧钛钡复合纳米粒子。
本发明的电流变液中氧化石墨烯/草酸氧钛钡复合纳米颗粒、聚二甲基硅油质量比为1～4:1，首混后放入球磨机球磨20min，过80目筛后得到的悬浮液即可得到电流变液产品。氧化石墨烯/草酸氧钛钡复合纳米颗粒与聚二甲基硅油的质量比为4:1时，其屈服应力值最高，使用性能最佳。
本发明氧化石墨烯/草酸氧钛钡复合纳米颗粒使用了化学共沉淀法制备的，其方法简单，原料廉价易得，氧化石墨烯/草酸氧钛钡复合纳米颗粒作为分散相得到的电流变液具有较高的屈服应力值、良好的抗沉降性能。
附图说明
图1是制备的氧化石墨烯/草酸氧钛钡复合纳米颗粒的透射电镜照片，其中灰色部分为氧化石墨烯，附着其上的黑色部分为草酸氧钛钡。
具体实施方式
实施例1：
(1)钛酸四丁酯与无水乙醇按0.1mol/L配成溶液A，加入稀盐酸调节PH值至1(2)草酸与无水乙醇按0.1mol/L配成溶液B加入稀盐酸调节PH值至1(3)氯化钡与去离子水按0.1mol/L配成溶液C，加入稀盐酸调节PH值至1(4)硅酸四乙酯与无水乙醇按体积比0.1配成溶液D(5)取用D溶液200ml加入北京602所提供的氧化石墨烯，片层状，厚度80～150nm，不规则形状，最大尺寸30um，用稀氨水调节PH值至9，制成悬浮液E(6)A溶液和B溶液按体积比1:2混合均匀后，加入悬浮液E，上述三种溶液A:B:E＝1:2:1，按上述三种溶液比例逐滴加入C溶液，形成灰色沉淀，各溶液体积比为A:B:C:E＝1:2:1:1，在65℃磁力加热搅拌1h后，用普通滤纸抽滤、反复洗涤抽滤，在80℃低真空干燥24h，得到氧化石墨烯/草酸氧钛钡复合纳米颗粒粉末。将氧化石墨烯/草酸氧钛钡复合纳米颗粒、聚二甲基硅油的质量比为1～4:1，首混后放入球磨机球磨20min，过80目筛后得到的悬浮液即可得到电流变液产品。
采用流变仪测试实施例1制备的电流变液进行屈服应力测试。氧化石墨烯/草酸氧钛钡复合纳米颗粒与聚二甲基硅油的质量比为4:1时，其屈服应力值最高，使用性能最佳，其屈服应力值在3kV/mm时达到40kPa。
实施例2：
(1)钛酸四丁酯与无水乙醇按0.1mol/L配成溶液A，加入稀盐酸调节PH值至1(2)草酸与无水乙醇按0.1mol/L配成溶液B加入稀盐酸调节PH值至1(3)氯化钡与去离子水按0.1mol/L配成溶液C，加入稀盐酸调节PH值至1(4)100ml无水乙醇加入1g北京602所提供的氧化石墨烯，片层状，厚度80～150nm，不规则形状，最大尺寸30um，制成悬浮液D(5)A溶液和B溶液按体积比1:2混合均匀后，加入悬浮液D，上述三种溶液A:B:D＝1:2:1，按上述三种溶液比例逐滴加入C溶液，形成灰色沉淀，各溶液体积比为A:B:C:D＝1:2:1:1，在65℃磁力加热搅拌1h后，用普通滤纸抽滤、反复洗涤抽滤，在80℃低真空干燥24h，得到灰色纳米颗粒粉末。将灰色纳米颗粒粉末、聚二甲基硅油的质量比为4:1，首混后放入球磨机球磨20min，过80目筛后得到的悬浮液即可得到电流变液产品。
实施例3：
(1)钛酸四丁酯与无水乙醇按0.1mol/L配成溶液A，加入稀盐酸调节PH值至1(2)草酸与无水乙醇按0.1mol/L配成溶液B加入稀盐酸调节PH值至1(3)氯化钡与去离子水按0.1mol/L配成溶液C，加入稀盐酸调节PH值至1(4)100ml无水乙醇加入1g北京602所提供的氧化石墨烯，片层状，厚度80～150nm，不规则形状，最大尺寸30um，制成悬浮液D(5)A溶液和B溶液按体积比1:2混合均匀后，逐滴加入溶液C，上述三种溶液A:B:C＝1:2:1，形成白色沉淀，待反应完全进行，在加入悬浮液D，各溶液体积比为A:B:C:D＝1:2:1:1，在65℃磁力加热搅拌1h后，用普通滤纸抽滤、反复洗涤抽滤，在80℃低真空干燥24h，得到白灰色颗粒粉末。将白灰色颗粒粉末、聚二甲基硅油的质量比为4:1，首混后放入球磨机球磨20min，过80目筛后得到的悬浮液即可得到电流变液产品。

Claims (3)

1.一种氧化石墨烯/草酸氧钛钡复合电流变液的制备方法，其特征在于：用化学共沉淀法制备氧化石墨烯/草酸氧钛钡复合纳米颗粒作为分散相和聚二甲基硅油作为连续相按1～4:1质量比将两者混合后放入球磨机球磨20min，过80目筛后得到的悬浮液即可得到所述的复合电流变液；
其中，所述化学共沉淀法制备氧化石墨烯/草酸氧钛钡复合纳米颗粒具体包括下列步骤：(1)钛酸四丁酯与无水乙醇按0.1mol/L配成溶液A，加入稀盐酸调节PH值至1；(2)草酸与无水乙醇按0.1mol/L配成溶液B加入稀盐酸调节PH值至1；(3)氯化钡与去离子水按0.1mol/L配成溶液C，加入稀盐酸调节PH值至1；(4)硅酸四乙酯与无水乙醇按体积比0.1配成溶液D；(5)取用D溶液200ml加入北京602所提供的氧化石墨烯，片层状，厚度80～150nm，不规则形状，最大尺寸30um，用稀氨水调节PH值至9，制成悬浮液E；(6)A溶液和B溶液按体积比1:2混合均匀后，加入悬浮液E，上述三种溶液A:B:E＝1:2:1，按上述三种溶液比例加入C溶液，各溶液比为A:B:C:E＝1:2:1:1，在65℃磁力加热搅拌1h后，用普通滤纸抽滤、反复洗涤抽滤，在80℃低真空干燥24h，得到氧化石墨烯/草酸氧钛钡复合纳米颗粒粉末。
2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯/草酸氧钛钡复合电流变液的制备方法，其特征在于：氧化石墨烯/草酸氧钛钡是通过共沉淀法制成的氧化石墨烯/草酸氧钛钡复合纳米颗粒，其中草酸氧钛钡的厚度为1～5μm，氧化石墨烯层的厚度80～150nm。
3.根据权利要求1所述的氧化石墨烯/草酸氧钛钡复合电流变液的制备方法，其特征在于：其中氧化石墨烯/草酸氧钛钡复合纳米颗粒与聚二甲基硅油质量比不同，在同一电场梯度时，电流变屈服应力不同，在质量比为4:1，电场梯度为3kV/mm时，其流变的屈服应力最高，使用性能最佳。
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