CN108865384B - 一种导体分散型的电流变液及其制备方法 - Google Patents

一种导体分散型的电流变液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种导体分散型的电流变液，包括：电介质颗粒、导体颗粒以及绝缘油，其中，所述电介质颗粒与所述导体颗粒均匀分散在绝缘油中。本发明还提供了一种导体分散型的电流变液制备方法，包括如下步骤：步骤S1：将1～10份导体颗粒与50～200份绝缘油混合，研磨或超声分散10～100分钟，得到导体颗粒/绝缘油悬浮液；步骤S2：将50～500份电介质颗粒加入到所述导体/绝缘油悬浮液中，经研磨后得到含微量水分的电流变液；步骤S3：将步骤2得到的所述含微量水分的电流变液在120～200℃下热处理1小时除去水分得到电流变液。本发明制备方法简单，适合大规模生产，在电介质颗粒和绝缘油中加入纳米级导体颗粒，使得电流变液屈服强度高而且寿命长。

Description

一种导体分散型的电流变液及其制备方法
技术领域
本发明属于智能材料技术领域，具体涉及一种含有纳米导体的电流变液及其制备方法。
背景技术
电流变液是一种智能材料，由电介质颗粒分散在绝缘液体中组成。在没有外电场作用下，电流变液呈液体状态，当外加电场作用于电流变液时，电流变液的剪切应力随电场的增加而变大。当电场足够大时，电流变液转变成类似固体物质，且这种剪切应力转变是可逆、连续可调，响应时间为毫秒量级，因此电流变液可用于阻尼系统、减震器、无级变速器、阀门、机电控制耦合等。
目前，电流变液可分为两类：一是传统电流变液，即电介质型电流变液；二是巨电流变液，即极性分子型电流变液。前者从理论或者实验上得到的屈服强度都过低，无法满足实用化。后者的屈服强度很高，其在电场中产生高屈服强度的关键在于极性分子的作用，而极性分子会在机械摩擦、高温等作用下脱附、分解、挥发等，所以极性分子型巨电流变液的使用寿命很差，也无法实用。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明提供了一种导体分散型的电流变液及其制备方法，其制备方法简单，加入纳米级导体颗粒后，使电流变液屈服强度提高。
为了解决上述问题，本发明提供了一种导体分散型的电流变液，电流变液包括：电介质颗粒、导体颗粒以及绝缘油，所述电介质颗粒与所述导体颗粒均匀分散在绝缘油中。
进一步的，所述电介质颗粒的直径为0.1微米～10微米，所述导体颗粒的直径为0.2纳米～50纳米。
进一步的，所述电介质颗粒的介电常数大于10，电阻率大于10-3欧·米。
进一步的，所述电介质颗粒包括TiO2、CaTiO3、BaTiO3、SrTiO3、LaTiO3的一种或多种。
进一步的，所述导体颗粒在温度小于20℃时，为电阻率小于10-3欧·米的固体，其中，所述导体颗粒包括金属、碳、导电有机物中一种或多种。
进一步的，所述金属为Ag、Al、Au,Cu、Fe、Hf、In、Nd、Ni、Pd、Pt、Rh、Ru、Sm、Sn、Ti、V、Y、Zr中一种或多种。
进一步的，所述碳为无定形碳、石墨、石墨烯、还原氧化石墨烯中的一种或多种。
进一步的，所述导电有机物为聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撑、聚苯撑乙烯、聚双炔中的一种或多种。
进一步的，所述绝缘油为硅油、矿物油、机油、烃油的一种或多种。
进一步的，所述电介质颗粒形状为球形、长方体、四面体、不规则多面体或任意形状。
为了解决上述问题，本发明还提供了一种导体分散型的电流变液制备方法，包括如下步骤：
步骤S1：将1～10份导体颗粒与50～200份绝缘油混合，研磨或超声分散10～100分钟，得到导体/绝缘油悬浮液；
步骤S2：将50～500份电介质颗粒加入到所述导体/绝缘油悬浮液中，经研磨后得到含微量水分的电流变液；
步骤S3：将步骤2得到的所述含微量水分的电流变液在120～200℃下热处理1小时除去水分得到电流变液。
上述导体分散型的电流变液制备方法，所述电介质颗粒包括TiO2、CaTiO3、BaTiO3、SrTiO3、LaTiO3的一种或多种；所述导体颗粒在温度小于20℃时，为电阻率小于10-3欧·米的固体，所述导体颗粒为金属、碳、导电有机物中一种或多种；所述绝缘油为硅油、矿物油、机油、烃油的一种或多种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明在电介质颗粒和绝缘油中加入纳米级导体颗粒，使得电流变液的屈服强度明显升高。
2)本发明的电介质颗粒和导体颗粒均匀分布在绝缘油中，各组分对机械摩擦都不敏感，有很好的耐磨性，所以使用寿命长长。
3)本发明在高温和低温对各组分的极化影响不大，所以该体系可耐高低温，温度适用范围广。
4)本发明制备方法简单，各原料都有成熟的生产工艺，适合大规模生产；可广泛应用在阻尼器，避震器，微流控制，机电一体化等领域。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
图1为电流变液的组成示意图；
图2为本发明实施例1中电流变液的屈服强度与电场强度关系图；
图3为本发明实施例2中电流变液的屈服强度与电场强度关系图；
图4为本发明实施例3中电流变液的屈服强度与电场强度关系图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开了一种导体分散型的电流变液，包括：电介质颗粒、导体颗粒以及绝缘油，如图1所示，电介质颗粒与导体颗粒均匀分散在绝缘油中。
优选的，电介质颗粒的直径为0.1微米～10微米，导体颗粒的直径为0.2纳米～50纳米。
优选的，电介质颗粒的介电常数大于10，电阻率大于10欧·米。
优选的，电介质颗粒包括TiO2、CaTiO3、BaTiO3、SrTiO3、LaTiO3的一种或多种。
优选的，导体颗粒在温度小于20℃时，为电阻率小于10-3欧·米的固体，其中，导体颗粒包括金属、碳、导电有机物中一种或多种。
优选的，金属为Ag、Al、Au,Cu、Fe、Hf、In、Nd、Ni、Pd、Pt、Rh、Ru、Sm、Sn、Ti、V、Y、Zr中一种或多种。
优选的，碳为无定形碳、石墨、石墨烯、还原氧化石墨烯中的一种或多种。
优选的，导电有机物为聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撑、聚苯撑乙烯、聚双炔中的一种或多种。
优选的，绝缘油为硅油、矿物油、机油、烃油的一种或多种。
优选的，电介质颗粒形状可以为任意形状。
本发明还公开了所述电流变液制备方法，包括如下步骤：
步骤S1：将1～10份导体颗粒与50～200份绝缘油混合，研磨或超声分散10～100分钟，得到导体/绝缘油悬浮液；
步骤S2：将50～500份电介质颗粒加入到所述导体/绝缘油悬浮液中，经研磨后得到含微量水分的电流变液；
步骤S3：将步骤2得到的所述含微量水分的电流变液在120～200℃下热处理1小时除去水分得到电流变液。
优选的，电介质颗粒包括TiO2、CaTiO3、BaTiO3、SrTiO3、LaTiO3的一种或多种；导体颗粒在温度小于20℃时，为电阻率小于10-3欧·米的固体，导体颗粒为金属、碳、导电有机物中一种或多种；绝缘油为硅油、矿物油、机油、烃油的一种或多种。
本发明的电流变液屈服强度升高，寿命长，可耐高温，制备方法简单，适合大规模生产
下述实施例中所使用的方法及设备，如无特殊说明，均为常规方法及设备。
下述实施例中所用的原料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下面结合具体实施例和附图，对本发明的技术方案作进一步的详述，但值得注意的是，以下实施例仅用于例示说明，本发明的保护范围并不限于以下实施例。
实施例1
一种导体分散型的电流变液的制备方法为：
将1g碳颗粒和200ml二甲基硅油混合，超声分散30min，得到碳-硅油悬浮液；将50g二氧化钛颗粒加入到碳-硅油悬浮液中，仔细研磨后得到含水分电流变液，最后将含水分电流变液在150℃下热处理2小时除去水分，从而得到导体分散性的电流变液。
其中，碳颗粒密度为0.05g/cm3，粒径为20nm，二甲基硅油粘度为20cst，密度为0.97g/cm3，二氧化钛颗粒密度为4.2g/cm3，粒径为1.5μm。
其屈服强度与电场强度的关系如图2所示，上方曲线为本实施例所得导体分散性电流变液屈服强度与电场强度的关系，下方的曲线为不加碳颗粒电流变液屈服强度与电场强度的关系，说明加入碳颗粒后，屈服强度有很大提升。
实施例2
一种导体分散型的电流变液的制备方法为：
首先将10g银颗粒和200ml硅油混合，研磨得到银-硅油悬浮液；将50g二氧化钛颗粒加入到碳-硅油悬浮液中，仔细研磨后得到电流变液，最后将含水分电流变液在200℃下热处理1小时除去水分。
其中，银颗粒粒径为50nm，硅油粘度为300cst，密度为0.97g/cm3，二氧化钛颗粒粒径为1.5μm。
其屈服强度与电场强度的关系如图3所示，上方曲线为本实施例所得导体分散性电流变液屈服强度与电场强度的关系，下方的曲线为不加碳颗粒电流变液屈服强度与电场强度的关系，说明加入银颗粒后，屈服强度有提升。
实施例3
一种导体分散型的电流变液的制备方法为：
将5g碳颗粒和150ml二甲基硅油混合，研磨得到碳-硅油悬浮液；将100g二氧化钛颗粒加入到碳-硅油悬浮液中，仔细研磨后得到电流变液，最后将含水分电流变液在170℃下热处理1小时除去水分。
其中，碳颗粒密度为0.05g/cm3，粒径为20nm，二甲基硅油粘度为300cst，密度为0.97g/cm3，二氧化钛颗粒密度为4.2g/cm3，粒径为1.5μm，
其屈服强度与电场强度的关系如图4所示，上方曲线为本实施例所得导体分散性电流变液屈服强度与电场强度的关系，下方的曲线为不加碳颗粒电流变液屈服强度与电场强度的关系，说明加入碳颗粒后，屈服强度有很大提升。
实施例4
一种导体分散型的电流变液的制备方法为：
将1份碳颗粒和50ml二甲基硅油混合，得到碳-硅油悬浮液；将100g二氧化钛颗粒加入到碳-硅油悬浮液中，仔细研磨后得到电流变液，最后将含水分电流变液在150℃下热处理1小时除去水分。
其中，碳颗粒密度为0.05g/cm3，粒径为20nm，二甲基硅油粘度为300cst，密度为0.97g/cm3，二氧化钛颗粒密度为4.2g/cm3，粒径为1.5μm。
实施例5
一种导体分散型的电流变液的制备方法为：
将1g金颗粒和150g二甲基硅油混合，得到碳-硅油悬浮液；将100g二氧化钛颗粒加入到碳-硅油悬浮液中，仔细研磨后得到电流变液，最后将含水分电流变液在150℃下热处理2小时除去水分。
其中，金颗粒粒径为20nm，二甲基硅油粘度为20cst，密度为0.97g/cm3，二氧化钛颗粒密度为3.8g/cm3，粒径为1.2μm。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种导体分散型的电流变液，其特征在于，包括：电介质颗粒、导体颗粒以及绝缘油，其中，所述电介质颗粒与所述导体颗粒均匀分散在绝缘油中；
所述电介质颗粒的介电常数大于10，电阻率大于10欧·米，选自TiO2、CaTiO3、BaTiO3、SrTiO3、LaTiO3的一种或多种；所述电介质颗粒的直径为0.1微米～10微米；
所述导体颗粒在温度小于20℃时，为电阻率小于10-3欧·米的固体，所述导体颗粒为金属、碳、导电有机物中一种或多种；所述导体颗粒的直径为0.2纳米～50纳米；所述金属为Ag、Al、Au、Cu、Fe、Hf、In、Nd、Ni、Pd、Pt、Rh、Ru、Sm、Sn、Ti、V、Y、Zr中一种或多种；
所述碳为无定形碳、石墨、石墨烯、还原氧化石墨烯中的一种或多种；
所述导电有机物为聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撑、聚苯撑乙烯、聚双炔中的一种或多种；
所述绝缘油为硅油、矿物油、机油、烃油的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的电流变液，其特征在于：所述电介质颗粒形状为球形、长方体、四面体、不规则多面体或任意其它形状。
3.权利要求1或2所述的一种导体分散型的电流变液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：将1～10份导体颗粒与50～200份绝缘油混合，研磨或超声分散10～100分钟，得到导体颗粒/绝缘油悬浮液；
步骤S2：将50～500份电介质颗粒加入到所述导体颗粒/绝缘油悬浮液中，经研磨后得到含微量水分的电流变液；
步骤S3：将步骤2得到的所述含微量水分的电流变液在120～200℃下热处理1小时除去水分得到电流变液。
4.根据权利要求3所述的导体分散型的电流变液的制备方法，其特征在于：所述电介质颗粒包括TiO2、CaTiO3、BaTiO3、SrTiO3、LaTiO3的一种或多种；所述导体颗粒在温度小于20℃时，为电阻率小于10-3欧·米的固体，所述导体颗粒为金属、碳、导电有机物中一种或多种；所述绝缘油为硅油、矿物油、机油、烃油的一种或多种。
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