CN110878225B - 巨电流变液用连续相液体及巨电流变液 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种巨电流变液用连续相，用于与分散相配合制成胶态悬浮状的巨电流变液，所述连续相液体由具有疏水性基团的硅油，以及具有疏水性基团的矿物油制成。采用本发明的技术方案，由于连续相由具有疏水性基团的硅油、以及具有疏水性基团的矿物油制成，矿物油的加入，改善了连续相液体的润湿性，在配合硅油以确保连续相液体于巨电流变液中发挥较优作用的同时，使巨电流变液中的分散相所具有的纳米颗粒，在外加电场作用下，沉降速度降低，颗粒沉降性和再分散性更稳定。

Description

巨电流变液用连续相液体及巨电流变液
技术领域
本发明涉及电流变液材料技术领域，特别涉及一种巨电流变液用连续相液体。同时，本发明还涉及一种使用该巨电流变液用连续相液体的巨电流变液。
背景技术
电流变液(electrorheological fluid)是一类液体的总称，该胶体的黏度会随着电场强度的增强而显著增大，当电场增大到一个阈值，该胶体的流变特性就会发生改变。这一过程十分迅速，通常发生在几毫秒的过程内，并且转变过程具有可逆性。电流变液的流变特性会随着电场的变化而发生变化。在不加外加电场时，流体呈现出牛顿流体的特性，但是在外电场强度足够高时，能够转变成“弹性固体”，对外呈现出宾汉流体的性质。
电流变液作为一种新型智能材料，有着鲜明的特点与优势，其随电场强度变化的流变特性意味着其拥有广阔的市场前景。但是，电流变液的ER性能、沉降性及再分散性等应用性问题仍然制约了其广泛应用。2003年，温维佳教授在首次报道了存在于复合纳米颗粒体系电流变液中“巨”电流变效应，将其最高剪切强度提高至130kPa，命名为“巨电流变液”。2004年，温维佳教授再次将电流变液的剪切强度提高到250kPa，大大拓展了电流变液的应用。
当前普遍应用的电流变液多是组分复杂的悬浊液，但是它们的组分大致是由以下3个部分构成：分散相、连续相和添加剂。但是，电流变液的研究普遍集中于分散相即介电颗粒材料的选择，较少关注连续相和添加剂的作用。近年来，一些学者开始关注添加剂对电流变液性能的影响，通过添加表面活性剂来改善电流变颗粒性质，进而提高电流变液的性能。CN107057809A具体涉及一种具有高耐穿性的电流变液，其将有机硅聚醚作为添加剂混入二甲基硅油中，配合二甲基硅油的链长，大大提高了电流变液的屈服应力，克服了传统电流变液的击穿电场低的缺陷。但是，现有技术中电流变液的抗沉降性能欠佳，因此，电流变液的应用被局限。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种巨电流变液用连续相液体，以降低制得的巨电流变液的沉降速率，同时改善其分散性质，提高整体性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种巨电流变液用连续相液体，用于与分散相配合制成胶态悬浮状的巨电流变液，所述连续相液体由具有疏水性基团的硅油，以及具有疏水性基团的矿物油制成。
进一步的，所述矿物油和所述硅油的重量配比为40～60：100或50～60：100。
进一步的，所述硅油为二甲基硅油。
进一步的，所述二甲基硅油的分子链长n为10～1500或20～100或25。
进一步的，所述矿物油至少包括正烷烃。
进一步的，所述正烷烃占所述矿物油的质量百分比为65～85wt％或75～85wt％。
进一步的，所述正烷烃的碳链长为10～40或22～28。
进一步的，所述矿物油还包括异烷烃。
进一步的，所述异烷烃占所述矿物油的质量百分比为15～35wt％或15～25wt％。
进一步的，所述矿物油中还包含抗氧化剂，所述抗氧化剂占所述矿物油的质量百分比为0～1wt％或0.2-0.8wt％。
此外，本发明同时提供了一种巨电流变液，所述巨电流变液包括：如上所述的连续相液体；分散相；和极性分子添加剂。
一种巨电流变液，所述分散相与所述连续相液体的体积比为0.5～0.7：1或0.6：1。
进一步的，所述极性分子添加剂为表面活性剂。
进一步的，所述极性分子添加剂占所述连续相液体的质量百分比为5～50wt％。
进一步的，所述巨电流变液的密度为1.6-2.5g/ml。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
由于连续相液体由具有疏水性基团的硅油、以及具有疏水性基团的矿物油制成，矿物油的加入，改善了连续相液体的润湿性和黏度，在配合硅油以确保连续相液体于巨电流变液中发挥较优作用的同时，使巨电流变液中的分散相所具有的纳米颗粒，在外加电场作用下，沉降速度降低，颗粒沉降性和再分散性更稳定。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为实施例3.1巨电流变液中是否含有矿物油下、不同电压值对应的屈服强度、电流密度检测结果以及随时间变化下的黏度和沉降比检测结果曲线图；
图2为实施例3.2中矿物油和硅油于不同比例的电压变化的屈服强度值检测结果曲线图；
图3为实施例3.2中矿物油和硅油于不同比例的电压变化下的电流密度值检测结果曲线图；
图4为实施例3.2中矿物油和硅油于不同比例的时间变化下的粘度值检测结果曲线图；
图5为实施例3.2中矿物油和硅油于不同比例的时间变化下的沉降比检测结果曲线图；
图6为实施例3.2中矿物油和硅油于不同比例的巨电流变液的综合性能雷达图；
图7为实施例3.3中正烷烃于矿物油中所占不同比例下的随电压变化的屈服强度值检测结果曲线图；
图8为实施例3.3中正烷烃于矿物油中所占不同比例下的随电压变化的电流密度值检测结果曲线图；
图9为实施例3.3中正烷烃于矿物油中所占不同比例下的随时间变化的粘度值检测结果曲线图；
图10为实施例3.3中正烷烃于矿物油中所占不同比例下的随时间变化的沉降比检测结果曲线图；
图11为实施例3.3中正烷烃于矿物油中所占不同比例下的巨电流变液的综合性能雷达图。
图12为实施例3.4中正烷烃于不同碳链长度下制得的巨电流变液随电压变化的屈服强度值检测结果曲线图；
图13为实施例3.4中正烷烃于不同碳链长度下制得的巨电流变液随电压变化的电流密度值检测结果曲线图；
图14为实施例3.4中正烷烃于不同碳链长度下制得的巨电流变液随时间变化的粘度值检测结果曲线图；
图15为实施例3.4中正烷烃于不同碳链长度下制得的巨电流变液随时间变化的沉降比检测结果曲线图；
图16为实施例3.4中正烷烃于不同碳链长度下制得的巨电流变液的综合性能雷达图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明中，连续相良好的ER性能具体表现在：较低介电常数，较好绝缘性能，较低凝固点，较高沸点，较高剪切应力，较低电流密度，较高电阻率，不易被击穿，良好的化学稳定性以及在无电场时有较低的黏度。
润湿性为液体在固体表面铺展的能力或倾向性。润湿性对电流变效应起着重要的作用，特别是对于纳米颗粒。润湿性取决于分子间的作用力，包括氢键、极性等。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例一
本发明涉及一种巨电流变液用连续相，用于与分散相配合制成胶态悬浮状的巨电流变液，其主要设计思想在于：该巨电流变液用连续相液体由具有疏水性基团的硅油，以及具有疏水性基团的矿物油制成。由于电流变液由分散相颗粒和连续相基液组成，因此在固液界面上会带上电荷，形成一个个带电粒子，带电粒子由于静电力作用在连续相基液中吸附反离子形成双电层结构。在没有外加电场时，双电层结构均匀的分散在分散相颗粒表面；当在外加电场下，原本均匀分布的反离子层会沿电场方向发生定向偏移，形成类似于离子位移极化后的偶极子结构。分散相颗粒在静电力作用下发生定向排列形成链状结构阻碍连续相基液的正常流动，形成电流变效应。
通常，电流变液由固液两相组成，而两相之间必然不可能完全相容，因而导致电流变液的性能受到制约，主要表现在固液颗粒间较差的润湿性，进而引起造成了电流变液的应用局限性。该分散相为具有亲水性的尿素包裹的纳米颗粒过渡金属盐。硅油的亲油链段和尿素包裹的纳米颗粒过渡金属盐的亲水链段的不相容性会导致微相分离发生。通过加入疏水性的矿物油的方法，改善了连续相的润湿性和黏度，在配合硅油以确保连续相于巨电流变液中发挥较优作用的同时，降低了巨电流变液的黏度，使分散相的沉降速率降低，延长了沉淀时间，防止过快的沉淀或分层，颗粒沉降性和再分散性更稳定，大大改善了电流变液的ER性能。
基于如上的整体设计思想，本实施例的其中一种具体限定方案中，矿物油和硅油的重量配比设定为40～60：100或50～60：100。
在只添加硅油的电流变液中，硅油中的疏水基团很少，极性分子越不容易被包埋，使电流变液出现起弧和结块等现象，因而巨电流变液的颗粒沉降稳定性低，材料反应重复实现性不强。拥有疏水基团的矿物油的加入使极性基团被包埋，沉降和再分散性质被改善，使电流变液的起弧和结块等问题得到了解决。其中，正烷烃是矿物油的重要组成部分，较异烷烃，有更好的润湿性。因而，在电流变液中，硅油所占重量配比为矿物油的几倍。而过多的矿物油会形成多余的自由基，从而，导致巨电流变液粘度过高，电流变效应降低。
本实施例中涉及的硅油，可以为甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、羟基硅油、甲基含氢硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基三氟丙基硅油、甲基乙烯基硅油、甲基羟基硅油、乙基含氢硅油、羟基含氢硅油或含氰硅油中的一种或多种。
为了更进一步提高整个巨电流变液用分散相的性能，在本发明的其中一个具体实施例中，硅油采用二甲基硅油，以便能够和矿物油相结合，提高整个分散相的综合性能。
为了更进一步提高整个分散相的性能，在本发明的另一个实施例中，二甲基硅油的分子链长n为10～1500，其中，分子链越长，所述硅油黏度越高。因此，为了得到较低黏度的连续相，并保证与如下描述的矿物油配合下的综合效果，二甲基硅油的分子链长n为20-100，更优选地，分子链长n为25。
本发明中，矿物油的使用及选择尤为关键。本发明中，矿物油采用具有疏水性基团的矿物油。由于硅油含有的甲基键和正烷烃所含的烷基均为疏水性基团，烷基越多，极性基团越容易被包埋，疏水性越强。因此，分子中的疏水性的官能团的疏水性越强，或疏水性官能团数量越多，整个分子疏水性能越强。由此，可以看出，含有疏水性基团的矿物油的选取，可以较好的提高整个连续相的疏水性。
为了更为有效的提高整个巨电流变液用连续相液体的综合性能，在本发明的一个实施例中，矿物油至少包括正烷烃，正烷烃占矿物油的65～85wt％。优选的，正烷烃占矿物油的75～85wt％。为了提高正烷烃的性能效果，在本发明的一个示例性描述中，该正烷烃可以为癸烷、正十四烷、正二十烷、正二十四烷或正四十烷中的至少一种。在本发明的一个示例性的描述中，本发明的正烷烃采用癸烷、正二十烷和正四十烷的混合物。在本发明的一个示例性实施中，矿物油还包括少量抗氧化剂，抗氧化剂占矿物油的质量百分比为0～1wt％。优选地，抗氧化剂占矿物油的质量百分比为0.2～0.8wt％，例如0.3wt％、0.5wt％、0.7wt％。抗氧剂的少量存在可延缓或抑制聚合物氧化过程的进行，从而阻止聚合物的老化并延长起使用寿命，还能防止矿物油的酸值或粘度的上升。
为了进一步提高整个巨电流变液用连续相液体的性能，如上正烷烃的选择上，优选的，选择碳链长为10～40的正烷烃。更优选的，选择碳链长为22～28的正烷烃。正烷烃的碳链越长，黏度越高。其中，碳链长为10-17，正烷烃为无色液体；碳链长为18-40，正烷烃为无色固体。
由于正烷烃具有较低的黏度，因此，正烷烃的采用，使矿物油具有较好的润湿性和较低的黏度。此外，其与硅油配合形成的巨电流变液用连续相液体，黏度较低，致使分散相的沉降速率降低，延长了沉淀时间，防止过快的沉淀或分层，颗粒沉降性和再分散性更稳定。
然而，正烷烃虽然具有较低的黏度，但是其低温流动性较差。因此，为了进一步增强巨电流变液的低温流动性，可加入性能较佳的异烷烃。其中，异烷烃的碳链上分支越多，排列越紧凑，疏水性越强，黏度越高。
在异烷烃的加入量上，要确保黏度的前提下，适当增强矿物油的低温流动性，以确保和正烷烃以及硅油配合形成的巨电流变液用连续相液体的综合性能，本发明的一个示例性描述中，异烷烃占所述矿物油的质量百分比为15～35wt％，即异烷烃占矿物油的质量百分比大于15％，小于35％。优选的，异烷烃占所述矿物油的质量百分比为15～25wt％。
实施例二
本实施例涉及一种巨电流变液，是基于实施例一的连续相下的具体应用，该巨电流变液具有分散相，实施例一中的连续相，以及极性分子添加剂。各相的匹配原则，只需形成胶态悬浮状的巨电流变液即可。
为了使形成的巨电流变液具有更优的性能，本实施例中，分散相与连续相的体积比为0.5～0.7：1或0.6：1，如体积比设置为0.7：1或0.85：1。
其中，分散相采用尿素包裹的纳米颗粒过渡金属盐(其中，纳米颗粒的尺寸为30-3000nm)，为了使巨电流变液具有更优的性能，该过渡金属盐采用草酸盐形式下的金属盐，其包括但不局限于氯化钡，氯化锂，氯化铯，氯化铷和氯化钛中的一种或多种。
为了将过渡金属盐包裹，以在过渡金属盐的外表面形成包裹层(其中，包裹层的厚度为
Figure BDA0001791607120000081
)，包裹层可以包括促进剂，其中所述的促进剂包括但不局限于尿素，硫脲，乙酰胺，丁胺和丙烯酰胺中的一种或多种。基于本发明实施例下的连续相，为了更好的提高制成的巨电流变液的性能，在本发明的一个示例性描述中，尿素包裹层占形成的分散相总量的0.1至1.0wt％，如尿素包裹层占形成的分散相总量的0.7wt％。
此外，极性分子添加剂的加入，可以进一步的提高巨电流变液的综合性能，在本实施例中，极性分子添加剂为表面活性剂。该表面活性剂，可包括阴离子表面活性剂，阳离子表面活性剂，非离子表面活性剂及其组合，只要其可保障非极性分子在极性液体中的稳定性即可，同时，可作为润湿剂和分散剂使极性和非极性分子相容。
其中，所述的阴离子表现活性剂包括但不局限于羧酸盐(如硬脂酸钠，N-甲基酰胺羧酸盐)，磺酸盐(如烷基苯磺酸盐，烷基萘磺酸盐，α-烯烃磺酸盐，烷基磺酸盐)，磷酸酯盐和硫酸盐(如烷基硫酸盐，脂肪醇硫酸盐，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐)中的一种或多种；所述的阳离子表现活性剂包括但不局限于脂肪铵盐，乙醇胺盐，聚乙烯多胺盐，苄基季铵盐，长链烷基季铵盐中的一种或多种；所述的非离子表现活性剂包括但不局限于聚氧乙烯醚和多元醇；其中，聚氧乙烯醚包括但不局限于脂肪醇聚氧乙烯醚，烷基酚聚氧乙烯醚，脂肪酸聚氧乙烯醚，烷醇酰胺聚氧乙烯醚，聚氧乙烯烷基胺中的一种或多种；其中，多元醇包括但不局限于失水山梨醇脂肪酸酯(Span系列),聚氧乙烯山梨醇酯类化合物(Tween系列)，脂肪酸甘油酯，季戊四醇酯，蔗糖脂肪酸酯的一种或多种。
为了发挥连续相和分散相之间的促进关系，在本发明的一个示例性描述中，极性分子添加剂占所述连续相的质量百分比为5wt％～50wt％，如极性分子添加剂占所述连续相的质量百分比为15wt％或32wt％。
基于如上实施例一和实施例二的具体组分构成原则的描述，本实施例，详细的描述了实施例二涉及的巨电流变液的制备方法。
本实施例涉及巨电流变液，其按照如下方法制备：
(1)尿素包裹的纳米颗粒状过渡金属盐的制备：
a、用50份蒸馏水溶解1份氯化铷；用5份蒸馏水溶解1份氯化钡、用20份蒸馏水溶解1份草酸2-水合物；用8份蒸馏水溶解1份氯化钛，分别得到氯化铷溶液、氯化钡溶液、草酸2-水合物溶液和氯化钛溶液；
b、用10份蒸馏水溶解1份尿素得到尿素溶液；
c、将步骤a中的到的氯化铷溶液，氯化钡溶液，草酸2-水合物溶液和氯化钛溶液混合，并超声处理60分钟，得到混合液；
d、将步骤b得到的尿素溶液加入步骤c的得到的混合液中，反应2小时后，形成白色胶体；
e、将步骤d得到的白色胶体进行水洗，并过滤得到沉淀物；
f、将步骤e得到的沉淀物进行干燥，以去除所述沉淀物中的残留水，得到白色粉末状的纳米颗粒状过渡金属盐复合物；所述沉淀物的干燥温度为80℃-150℃，干燥时间为10小时；
(2)连续相的制备：将20g二甲基硅油，7.5g正二十七烷和2.5g 2，8-二甲基-二十三烷混合搅拌均匀，得到连续相。
(3)连续相与极性分子添加剂的混合：将30g连续相与1g极性分子添加剂(十二烷基苯磺酸钠)合并加热至120℃，混合搅拌均匀，得到混合物。
(4)巨电流变液的制备：将尿素包裹的纳米颗粒状过渡金属盐搅拌后加入步骤(3)得到的混合物中，再搅拌混合均匀，得到巨电流变液。
实施例三
基于本发明的设计思想，如下，通过对矿物油加入下的巨电流变液性能、矿物油和硅油不同比例下的巨电流变液性能、正烷烃占矿物油不同比例下的巨电流变液性能、正烷烃的碳链长对巨电流变液的性能进行研究。
实施例3.1
本实施例涉及对巨电流变液中是否含有矿物油的两种情形，对巨电流变液在不同电压下的屈服强度进行检测，其检测结果曲线如图1所示。
由图1可以看出，在实验中，可以发现，未加入矿物油的巨电流变液中沉降性和再分散性欠佳，而加入矿物油后的巨电流变液，其沉降性和再分散性得到大幅度改善。相比较，巨电流变液稳定12周后，未加矿物油的巨电流变液的沉降比为60％；而加了矿物油的巨电流变液的沉降比达80％。
因此，矿物油的加入，尤其是具有疏水性基团的矿物油的加入，使巨电流变液用连续相液体的疏水性得到提升，改善了巨电流变液用连续相液体的润湿性和黏度，再配合硅油，得到疏水性强且黏度较低的巨电流变液用连续相液体。该巨电流变液用连续相液体在和分散相配合形成巨电流变液时，降低了巨电流变液的黏度，使分散相的沉降速率降低，延长了沉淀时间，防止过快的沉淀或分层，颗粒沉降性和再分散性更稳定，大大改善了电流变液的ER性能。
实施例3.2
本实施例涉及矿物油和硅油于不同比例下制得的巨电流变液，随电压变化下的屈服强度、电流密度分别获取的检测结果；同时，对矿物油和硅油于不同比例下制得的巨电流变液随时间变化的黏度、沉降比进行检测；并基于如上整体的检测结果，对矿物油和硅油于不同比例下制得的巨电流变液的综合性能进行比对。
其中，选取矿物油和硅油的五组不同比例，分别为：矿物油/硅油＝25％，矿物油/硅油＝40％，矿物油/硅油＝50％，矿物油/硅油＝70％，矿物油/硅油＝100％。
图2示出了矿物油和硅油于不同比例下的电压变化的屈服强度值；图3示出了矿物油和硅油于不同比例的电压变化下的电流密度值；图4示出了矿物油和硅油于不同比例的时间变化下的粘度值；图5示出了矿物油和硅油于不同比例的时间变化下的沉降比；图6示出了矿物油和硅油于不同比例的巨电流变液的综合性能雷达图。
由图2至图5以及结合图6可以看出，在1-5kVDC/mm条件下，电流变液的屈服强度达到40kPa-98kPa，保持了较高的巨电流变液屈服强度。在相同的电压作用下，随着矿物油占硅油的比重增大，其电流变液的屈服强度减小。当矿物油占硅油的比重相同时，其电流变液的屈服强度随电压作用的增强而增大。
在1-5kVDC/mm条件下，电流变液的电流密度达到280-600μA/cm2，电流密度基本保持不变。在相同的电压作用下，随着矿物油占硅油的比重增大，其电流变液的电流密度减小。当矿物油占硅油的比重相同时，其电流变液的电流密度随电压作用的增强而增大。其中，当电压作用每增加1kVDC/mm时，巨电流变液的电流密度的增速均会大幅提高，当电压作用增至4kVDC/mm时，巨电流变液的电流密度的增速提高尤为明显。
随着时间推移，巨电流变液的黏度逐步趋于稳定，达到1.5-4.5Pa·s。矿物油占硅油的比重越高，巨电流变液的黏度越小。同时，巨电流变液稳定12周后，沉降比达68％以上，矿物油占硅油的比重越高，巨电流变液的沉降比越大。其中，当矿物油与硅油的比重为1：1时，电流变液的沉降比高达95％。
综上所述，矿物油与硅油的比重为1：4时，剪切应力，粘度和气泡产生最佳，但在电流密度和分散性这两个性能中表现最劣。矿物油与硅油的比重为1：1时，电流密度和分散性最佳，但在剪切应力，粘度和气泡产生这三个性能中表现最劣。综上，矿物油与硅油的比重为1：2时，覆盖面积最广，综合性能最佳，应用范围也更广。
实施例3.3
本实施例涉及正烷烃于矿物油中所占不同比例下制得的巨电流变液，随电压变化下的屈服强度、电流密度分别获取的检测结果；同时，对正烷烃于矿物油中所占不同比例下制得的巨电流变液随时间变化的黏度、沉降比进行检测；并基于如上整体的检测结果，对正烷烃于矿物油中所占不同比例下制得的巨电流变液的综合性能进行比对。
其中，选取正烷烃于矿物油中所占的不同比例为三组，分别为：正烷烃/矿物油＝65％，正烷烃/矿物油＝75％，正烷烃/矿物油＝85％。
图7示出了正烷烃于矿物油中所占不同比例下的随电压变化的屈服强度值；图8示出了正烷烃于矿物油中所占不同比例下的随电压变化的电流密度值；图9示出了正烷烃于矿物油中所占不同比例下的随时间变化的粘度值；图10示出了正烷烃于矿物油中所占不同比例下的随时间变化的沉降比；图11示出了正烷烃于矿物油中所占不同比例下的巨电流变液的综合性能雷达图。
由图7至图10以及结合图11可以看出，在1-5kVDC/mm条件下，电流变液的屈服强度达到80kPa-98kPa，保持了较高的巨电流变液屈服强度。在相同的电压作用下，随着正烷烃占矿物油的比重增大，其电流变液的屈服强度增大。当正烷烃占矿物油的比重相同时，其电流变液的屈服强度随电压作用的增强而增大。其中，当电压作用增至4kVDC/mm时，巨电流变液的屈服强度的增速大幅提高。
在1-5kVDC/mm条件下，电流变液的电流密度达到450-650μA/cm2，电流密度基本保持不变。在相同的电压作用下，随着正烷烃占矿物油的比重增大，其电流变液的电流密度增大。当正烷烃占矿物油的比重相同时，其电流变液的电流密度随电压作用的增强而增大。其中，当电压作用每增加1kVDC/mm时，巨电流变液的电流密度的增速均会大幅提高，当电压作用增至4kVDC/mm时，巨电流变液的电流密度的增速提高尤为明显。
随着时间推移，巨电流变液的黏度逐步趋于稳定，达到2-3Pa·s。正烷烃占矿物油的比重越高，巨电流变液的黏度越大。同时，巨电流变液稳定12周后，沉降比达70％以上，正烷烃占矿物油的比重越高，巨电流变液的沉降比越小。其中，当正烷烃占矿物油的比重为65％时，电流变液的沉降比高达85％。
综上所述，正烷烃占矿物油的比重为65％时，电流密度，粘度和分散性最佳，但在剪切应力和气泡这两个性能中表现最劣。正烷烃占矿物油的比重为85％时，剪切应力和气泡最佳，但在电流密度，粘度和分散性这三个性能中表现最劣。根据观察发现，正烷烃占矿物油的比重为75％时，覆盖面积最广，综合性能最佳，应用范围也更广。
实施例3.4
本实施例涉及正烷烃于不同碳链长度下制得的巨电流变液，随电压变化下的屈服强度、电流密度分别获取的检测结果；同时，对正烷烃于不同碳链长度下制得的巨电流变液随时间变化的黏度、沉降比进行检测；并基于如上整体的检测结果，对正烷烃于不同碳链长度下制得的巨电流变液的综合性能进行比对。
其中，选取正烷烃五种碳链长度，分别为：10～15，16～21，22～28，29～35，36～40。
图12示出了正烷烃于不同碳链长度下制得的巨电流变液随电压变化的屈服强度值；图13示出了正烷烃于不同碳链长度下制得的巨电流变液随电压变化的电流密度值；图14示出了正烷烃于不同碳链长度下制得的巨电流变液随时间变化的粘度值；图15示出了正烷烃于不同碳链长度下制得的巨电流变液随时间变化的沉降比；图16示出了正烷烃于不同碳链长度下制得的巨电流变液的综合性能雷达图。
由图12至图15以及结合图16可以看出，在1-5kVDC/mm条件下，电流变液的屈服强度达到60kPa-98kPa，保持了较高的巨电流变液屈服强度。在相同的电压作用下，随着正烷烃碳链长度增大，其电流变液的屈服强度减小。当正烷烃碳链长度相同时，其电流变液的屈服强度随电压作用的增强而增大。其中，当正烷烃碳链长度为22-28且电压作用增至4kVDC/mm时，巨电流变液的屈服强度的增速大幅提高。
在1-5kVDC/mm条件下，电流变液的电流密度达到250-600μA/cm2，电流密度基本保持不变。在相同的电压作用下，随着正烷烃碳链长度增大，其电流变液的电流密度减小。当正烷烃碳链长度相同时，其电流变液的电流密度随电压作用的增强而增大。其中，当电压作用每增加1kVDC/mm时，巨电流变液的电流密度的增速均会大幅提高，当电压作用增至4kVDC/mm时，巨电流变液的电流密度的增速提高尤为明显。
随着时间推移，巨电流变液的黏度逐步趋于稳定，达到1.5-3.6Pa·s。正烷烃碳链长度越大，巨电流变液的黏度越大。同时，巨电流变液稳定12周后，沉降比达68％以上，正烷烃碳链长度越大，巨电流变液的沉降比越大。其中，当正烷烃碳链长度为36-40时，电流变液的沉降比高达95％。
由此可以看出，正烷烃的碳链长为10-15时，剪切应力，粘度和气泡产生最佳，但在电流密度和分散性这两个性能中表现最劣。正烷烃的碳链长为36-40时，电流密度和分散性最佳，但在剪切应力，粘度和气泡产生这三个性能中表现最劣。综上，正烷烃的碳链长为22-28时，覆盖面积最广，综合性能最佳，应用范围也更广。
综上所述，当矿物油与硅油的比重为1：2、正烷烃占矿物油的比重为75％和正烷烃的碳链长为22-28时，电流变液的综合性能最佳。
本发明的巨电流变液，随着连续相的组成和含量不同，得到的巨电流变液呈现不同的ER性能。通过适宜地对连续相、极性分子添加剂和过渡金属盐进行合理选择，可以任意地根据需要设定成具有不同ER性能且具有高抗沉降性的巨电流变液，释放其应用局限性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种巨电流变液，其特征在于，所述巨电流变液呈胶态悬浮状，并包括：
连续相液体、分散相和极性分子添加剂；
所述连续相液体包括具有疏水性基团的硅油，以及具有疏水性基团的矿物油；
所述硅油为二甲基硅油，所述矿物油包括正烷烃、异烷烃和抗氧化剂；
所述分散相采用尿素包裹的纳米颗粒过渡金属盐，所述纳米颗粒过渡金属盐的包裹层包括促进剂，所述的促进剂包括尿素，硫脲，乙酰胺，丁胺和丙烯酰胺中的一种或多种；
所述极性分子添加剂为表面活性剂。
2.根据权利要求1所述的巨电流变液，其特征在于：所述矿物油和所述硅油的重量配比为40~60：100。
3.根据权利要求2所述的巨电流变液，其特征在于：所述矿物油和所述硅油的重量配比为50~60：100。
4.根据权利要求1所述的巨电流变液，其特征在于：所述二甲基硅油的分子链长n为10~1500。
5.根据权利要求4所述的巨电流变液，其特征在于：所述二甲基硅油的分子链长n为20~100。
6.根据权利要求5所述的巨电流变液，其特征在于：所述二甲基硅油的分子链长n为25。
7.根据权利要求1所述的巨电流变液，其特征在于：所述正烷烃占所述矿物油的质量百分比为65~85wt%。
8.根据权利要求7所述的巨电流变液，其特征在于：所述正烷烃占所述矿物油的质量百分比为75~85wt%。
9.根据权利要求1所述的巨电流变液，其特征在于：所述正烷烃的碳链长为10~40。
10.根据权利要求9所述的巨电流变液，其特征在于：所述正烷烃的碳链长为22~28。
11.根据权利要求1所述的巨电流变液，其特征在于：所述异烷烃占所述矿物油的质量百分比为15~35wt%。
12.根据权利要求11所述的巨电流变液，其特征在于：所述异烷烃占所述矿物油的质量百分比为15~25wt%。
13.根据权利要求1所述的巨电流变液，其特征在于：所述抗氧化剂占所述矿物油的质量百分比为0~1wt%，且所述抗氧化剂占所述矿物油的质量百分比不为0 wt %。
14.根据权利要求13所述的巨电流变液，其特征在于：所述抗氧化剂占所述矿物油的质量百分比为0.2-0.8wt%。
15.根据权利要求1所述的巨电流变液，其特征在于：所述分散相与所述连续相液体的体积比为0.5~0.7：1。
16.根据权利要求15所述的巨电流变液，其特征在于：所述分散相与所述连续相液体的体积比为0.6：1。
17.根据权利要求1所述的巨电流变液，其特征在于：所述极性分子添加剂占所述连续相液体的质量百分比为5~50wt%。
18.根据权利要求1所述的巨电流变液，其特征在于：所述巨电流变液的密度为1.6-2.5g/ml。
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