CN111004674A - 一维纳米核壳结构电流变液及其制备方法 - Google Patents

一维纳米核壳结构电流变液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种一维纳米核壳结构电流变液及其制备方法。所述电流变液包括分散相和分散介质，所述分散介质包括绝缘液体，所述分散相包括具有一维纳米核壳结构的凹凸棒石‑氧化钛‑聚苯胺复合粒子。所述制备方法包括：使包含凹凸棒石和有机醇溶剂的第一混合体系与包含有机钛酸盐和有机醇溶剂的第二混合体系混合，反应得到凹凸棒石‑氧化钛胶体粒子，之后使其与苯胺单体和过硫酸铵反应得到凹凸棒石‑氧化钛‑聚苯胺复合粒子；使所述凹凸棒石‑氧化钛‑聚苯胺复合粒子均匀分散于绝缘液体中，获得所述电流变液。本发明的一维纳米核壳结构电流变液具有动态剪切应力大、悬浮稳定性好等优点，并且原材料来源广，成本低廉，工艺简单，制备周期短。

Description

一维纳米核壳结构电流变液及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种电流变液及其制备方法，具体涉及一种一维纳米核壳结构电流变液及其制备方法，属于电流变液技术领域。
背景技术
电流变液是由介电颗粒(分散相)与绝缘液体(分散液)混合而成的复杂流体，在电场作用下介电颗粒形成链或柱状结构使得悬浮液可发生类似液体-固体的转变。电流变液的这种流变性能连续可调、快速响应(几毫秒)和可逆转变的奇特性质，使其成为最佳的软硬程度可调的智能材料。利用电流变液可以实现机电一体化的智能控制，用于制造阻尼系统、减震降噪系统、机电耦合控制、机器人部件和康复器材，等等。美国能源部的《电流变液评估报告》中预测如果电流变液在工程应用方面取得突破，其产生的经济效益可达每年数百亿美元。
电流变液的活性与介电粒子的极化能力密切相关，而介电粒子的形状是一个重要因素。颗粒形状对电流变液性能和沉降稳定性影响的理论和实验研究表明，纳米线、纳米管等一维纳米材料由于在电场作用下更容易形成牢固的链状网络结构，因而具有更强的抗剪切破坏能力、更高的动态剪切强度和稳定性。氧化钛和聚苯胺被认为是最有前途的两种电流变材料。然而，氧化钛和聚苯胺的一维结构，特别是氧化钛@聚苯胺的一维复合纳米结构，合成难度很大，制备成本也很高。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种具有高动态剪切强度和高稳定性的一维纳米核壳结构电流变液，其结构稳定、无污染、无腐蚀、工业应用性好，从而克服了现有技术中的不足。
本发明的另一目的还在于提供一种原料成本低、制备工艺简单、生产周期短的一维纳米核壳结构电流变液的制备方法。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明实施例提供了一种一维纳米核壳结构电流变液，其包括分散相和分散介质，所述分散介质包括绝缘液体，所述分散相均匀分散于所述分散介质中，所述分散相具有一维纳米核壳结构，所述分散相包括由凹凸棒石、氧化钛、聚苯胺构成的凹凸棒石-氧化钛-聚苯胺复合粒子，其中，所述氧化钛包覆于所述凹凸棒石表面形成凹凸棒石-氧化钛胶体粒子，所述聚苯胺包覆于所述凹凸棒石-氧化钛胶体粒子表面。
本发明实施例还提供了一种一维纳米核壳结构电流变液的制备方法，其包括：
提供包含凹凸棒石和有机醇溶剂的第一混合体系；
提供包含有机钛酸盐和有机醇溶剂的第二混合体系；
使所述第一混合体系与第二混合体系混合，反应得到凹凸棒石-氧化钛胶体粒子；
使包含所述凹凸棒石-氧化钛胶体粒子、苯胺单体和过硫酸铵的第三混合体系反应得到具有一维纳米核壳结构的凹凸棒石-氧化钛-聚苯胺复合粒子；
使所述凹凸棒石-氧化钛-聚苯胺复合粒子均匀分散于绝缘液体中，获得一维纳米核壳结构电流变液。
本发明实施例还提供了由前述方法制备的一维纳米核壳结构电流变液。
较之现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明以纤维状颗粒由于在电场作用下更容易形成牢固的链状网络结构，因而具有更强的抗剪切破坏能力、更高的动态剪切强度和稳定性的电流变材料设计理论为指导，针对氧化钛和聚苯胺的一维结构，特别是氧化钛@聚苯胺的一维纳米复合结构，合成难度大，制备成本高的问题。以天然一维纳米材料凹凸棒石为载体，通过动力学控制包覆和原位聚合相结合的方法，首次合成具有一维纳米结构的凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺复合粒子，并将其与绝缘液体混合制成凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺电流变液。与氧化钛或聚苯胺氧钛颗粒电流变液相比，在同样体积分数和外加电场强度条件下，本发明获得的一维纳米核壳结构凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺电流变液具有动态剪切应力大、悬浮稳定性好等优点，其中聚苯胺的引入进一步提升凹凸棒石-氧化钛胶体粒子的动态剪切强度和悬浮稳定性，并且原材料来源广、成本低廉，工艺简单，制备周期短，无污染，无腐蚀，工业应用性好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所用凹凸棒石的扫描电镜照片。
图2是实施例1制备的凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺纳米复合材料的扫描电镜照片。
图3是对比例1-5和本发明实施例1制备的电流变液的动态剪切应用与电场关系图。
图4是对比例1-5和本发明实施例1制备的电流变液的静置抗沉降率与时间关系图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，本发明以纤维状颗粒由于在电场作用下更容易形成牢固的链状网络结构，因而具有更强的抗剪切破坏能力、更高的动态剪切强度和稳定性的电流变材料设计理论为指导，针对氧化钛和聚苯胺的一维结构，特别是氧化钛@聚苯胺的一维纳米复合结构，合成难度大，制备成本高的问题。以天然一维纳米材料凹凸棒石为载体，通过动力学控制包覆和原位聚合相结合的方法，首次合成具有一维纳米结构的凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺复合粒子，并将其与绝缘液体混合制成凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺电流变液。
如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
作为本发明技术方案的一个方面，其所涉及的系一种一维纳米核壳结构电流变液，其包括分散相和分散介质，所述分散介质包括绝缘液体，所述分散相均匀分散于所述分散介质中，所述分散相具有一维纳米核壳结构，所述分散相包括由凹凸棒石、氧化钛、聚苯胺构成的凹凸棒石-氧化钛-聚苯胺复合粒子(即凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺颗粒)，其中，所述氧化钛包覆于所述凹凸棒石表面形成凹凸棒石-氧化钛胶体粒子，所述聚苯胺包覆于所述凹凸棒石-氧化钛胶体粒子表面。本发明中聚苯胺的引入进一步提升凹凸棒石-氧化钛胶体粒子的动态剪切强度和悬浮稳定性。
在一些实施例中，所述凹凸棒石-氧化钛-聚苯胺复合粒子中凹凸棒石、氧化钛与聚苯胺的质量比为1:0.5～1.5:0.5～1。
在一些实施例中，所述一维纳米核壳结构电流变液中凹凸棒石-氧化钛-聚苯胺复合粒子的含量为10～15vol％。
进一步地，所述一维纳米核壳结构电流变液是以具有一维纳米核壳结构的凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺颗粒作为分散相，均匀分散于绝缘液体中配制成体积浓度为10～15％的悬浮液体。
在一些实施例中，所述的凹凸棒石选用直径为20～50nm，长度为0.5～3μm的纳米凹凸棒石。
进一步地，所述绝缘液体选用甲基硅油和/或羟基硅油等，但不限于此。
综上所述，本发明的一维纳米核壳结构电流变液具有动态剪切应力大、悬浮稳定性好等优点，其结构稳定、无污染、无腐蚀、工业应用性好。
作为本发明技术方案的另一个方面，其所涉及的系一种一维纳米核壳结构电流变液的制备方法，其原理为：首先通过调节氨水浓度控制钛酸四丁酯水解和缩合的速度，实现氧化钛粒子在凹凸棒石表面的异相成核合成凹凸棒石@氧化钛胶体粒子，然后将凹凸棒石@氧化钛胶体粒子加入酸性溶液中同时加入苯胺单体，通过过硫酸铵的氧化聚合，实现凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺复合粒子的可控制备；然后将过滤、洗涤、干燥后得到的一维纳米核壳结构的凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺复合粒子与绝缘液体均匀混合，得到凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺纳米复合材料电流变液。
具体的，本发明提供的一种一维纳米核壳结构电流变液的制备方法包括：
提供包含凹凸棒石和有机醇溶剂的第一混合体系；
提供包含有机钛酸盐和有机醇溶剂的第二混合体系；
使所述第一混合体系与第二混合体系混合，反应得到凹凸棒石-氧化钛胶体粒子；
使包含所述凹凸棒石-氧化钛胶体粒子、苯胺单体和过硫酸铵的第三混合体系反应得到具有一维纳米核壳结构的凹凸棒石-氧化钛-聚苯胺复合粒子；
使所述凹凸棒石-氧化钛-聚苯胺复合粒子均匀分散于绝缘液体中，获得一维纳米核壳结构电流变液。
在一些实施例中，所述凹凸棒石与有机醇溶剂的质量比为1：50～150。
在一些实施例中，所述制备方法包括：采用碱性物质将所述第一混合体系的pH值调节至9～11。
进一步地，所述碱性物质包括氨水，但不限于此。
在一些实施例中，所述的凹凸棒石选用直径为20～50nm，长度为0.5～3μm的纳米凹凸棒石。
在一些实施例中，所述有机钛酸盐与凹凸棒石的质量比为2～4：1。
在一些实施例中，所述有机钛酸盐与有机醇溶剂的质量比为1：4～8。
进一步地，所述有机钛酸盐包括钛酸四丁酯、钛酸四乙酯和钛酸四异丙酯等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
在一些实施例中，所述有机醇溶剂包括乙醇、异丙醇和正丁醇等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
在一些实施例中，所述制备方法包括：将所述第二混合体系缓慢加入所述第一混合体系并于25～45℃反应8～12h，使氧化钛在凹凸棒石表面的异相成核，形成凹凸棒石-氧化钛胶体粒子。
进一步地，所述制备方法还包括：在所述反应结束后，将所获反应液过滤、洗涤、干燥，得到所述凹凸棒石-氧化钛胶体粒子。
在一些实施例中，所述制备方法具体包括：
将所述凹凸棒石-氧化钛胶体粒子、苯胺单体加入酸性溶液中，得到第一酸性溶液；
将所述过硫酸铵加入酸性溶液中，得到第二酸性溶液；
将所述第二酸性溶液缓慢加入所述第一酸性溶液并于0～5℃反应4～8h，通过过硫酸铵的氧化聚合，使形成的聚苯胺包覆于所述凹凸棒石-氧化钛胶体粒子表面，从而获得所述凹凸棒石-氧化钛-聚苯胺复合粒子；优选的，所述制备方法还包括：在所述反应结束后，将所获反应液过滤、洗涤、干燥，得到所述凹凸棒石-氧化钛-聚苯胺复合粒子。
在一些实施例中，所述凹凸棒石-氧化钛胶体粒子与苯胺单体的质量比为1：0.5～1。
在一些实施例中，所述第一酸性溶液中酸性溶液与凹凸棒石-氧化钛胶体粒子的质量比为40～80：1。
在一些实施例中，所述苯胺单体与过硫酸铵的摩尔比为1：1。
进一步地，所述第二酸性溶液中酸性溶液与凹凸棒石-氧化钛胶体粒子的质量比为20～40：1。
进一步地，所述酸性溶液包括浓度为0.5～1mol/L的盐酸溶液。
进一步地，所述绝缘液体选用甲基硅油和/或羟基硅油等，但不限于此。
其中，在一些更为具体的实施案例之中，所述一维纳米核壳结构电流变液的制备方法具体包括以下步骤：
①一维纳米核壳结构凹凸棒石@氧化钛颗粒的制备
先将纳米凹凸棒石与有机醇溶剂以质量比1：50～150的比例混合均匀配成分散液A，随后加入一定量的氨水将分散液A的pH值调节到9～11，将2～4倍凹凸棒石质量的钛酸四丁酯分散到4～8倍钛酸四丁酯质量的有机醇溶剂中配成溶液B，然后将溶液B缓慢加入到溶液A中并在25～45℃搅拌条件下反应8～12小时，反应结束后，将生成的复合悬浮液过滤、洗涤、干燥，得到一维纳米核壳结构凹凸棒石@氧化钛颗粒。
②一维纳米核壳结构凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺颗粒的制备
将步骤①得到的凹凸棒石@氧化钛颗粒和0.5～1倍凹凸棒石@氧化钛颗粒质量的苯胺单体加入到40～80倍凹凸棒石@氧化钛颗粒质量的盐酸溶液(0.5～1mol/L)中，得到分散液C，另取与苯胺单体摩尔数相同的过硫酸铵加入到20～40倍凹凸棒石/氧化钛颗粒质量的盐酸溶液(1mol/L)，得到溶液D。然后将溶液D缓慢加入到溶液C中并在0～5℃搅拌条件下反应4～8小时，反应结束后，将生成的复合悬浮液过滤、洗涤、干燥，得到一维纳米核壳结构凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺颗粒。
③凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺电流变液的制备
将步骤②得到的凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺颗粒与绝缘液体均匀混合，配制成凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺颗粒的体积浓度为10～15％的凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺电流变液，得到本发明的一维纳米核壳结构电流变液。
作为本发明技术方案的另一个方面，其所涉及的系由前述方法制备的一维纳米核壳结构电流变液。
与氧化钛或聚苯胺氧钛颗粒电流变液相比，在同样体积分数和外加电场强度条件下，本发明获得的一维纳米核壳结构凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺电流变液具有动态剪切应力大、悬浮稳定性好等优点，并且原材料来源广、成本低廉，工艺简单，制备周期短，无污染，无腐蚀，工业应用性好。
应理解，在本发明范围内，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
下面结合若干优选实施例及附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在充分理解本发明的基础上，下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1
将5g纳米凹凸棒石(直径为30nm，长度为2μm，SEM图谱如图1所示)加入到500g乙醇溶液中配成分散液A，随后加入一定量的氨水将分散液A的pH值调节到10，将15g钛酸四丁酯分散到90g乙醇中配成溶液B，然后将溶液B缓慢加入到溶液A中并在35℃搅拌条件下反应10小时，反应结束后，将生成的复合悬浮液过滤、洗涤、干燥，得到一维纳米核壳结构凹凸棒石@氧化钛颗粒。
将8g凹凸棒石@氧化钛颗粒和6ml苯胺单体加入到480g盐酸溶液(0.75mol/L)中，得到分散液C，另取与苯胺单体摩尔数相同的过硫酸铵加入到240g盐酸溶液中(0.75mol/L)，得到溶液D。然后将溶液D缓慢加入到溶液C中并在2.5℃搅拌条件下反应6小时，反应结束后，将生成的复合悬浮液过滤、洗涤、干燥，得到凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺颗粒，凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺颗粒的SEM图谱如图2所示，从图2可知，凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺颗粒为纤维状纳米结构。
将该一维纳米核壳结构凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺颗粒与甲基硅油均匀混合，配制成凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺颗粒体积浓度为15％的一维纳米核壳结构电流变液。该一维纳米核壳结构电流变液的电流变性能用旋转流变仪的圆筒测量法测量，其动态剪切强度在控制速率剪切速率为1S-1条件下测量。通过测量其动态剪切应力与电场强度的关系如图3所示。该一维纳米核壳结构电流变液的悬浮稳定性采用静置观察法测量，其静置抗沉降率与时间的关系如图4所示。
与对比例1-5相比，可知本实施例获得的一维纳米核壳结构凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺电流变液具有更高的动态剪切应力、更好的悬浮稳定性。
实施例2
将5g纳米凹凸棒石(直径为20nm，长度为0.5μm)加入到750g异丙醇溶液中配成分散液A，随后加入一定量的氨水将分散液A的pH值调节到11，将20g钛酸四乙酯分散到160g异丙醇中配成溶液B，然后将溶液B缓慢加入到溶液A中并在45℃搅拌条件下反应12小时，反应结束后，将生成的复合悬浮液过滤、洗涤、干燥，得到一维纳米核壳结构凹凸棒石@氧化钛颗粒。
将8g凹凸棒石@氧化钛颗粒和8ml苯胺单体加入到640g盐酸溶液(1mol/L)中，得到分散液C，另取与苯胺单体摩尔数相同的过硫酸铵加入到320g盐酸溶液中(1mol/L)，得到溶液D。然后将溶液D缓慢加入到溶液C中并在5℃搅拌条件下反应8小时，反应结束后，将生成的复合悬浮液过滤、洗涤、干燥，得到一维纳米核壳结构凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺颗粒。
将该一维纳米核壳结构凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺颗粒与羟基硅油均匀混合，配制成凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺颗粒颗粒体积浓度为10％的凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺颗粒电流变液。当外加电场V＝4.0kV/mm时，该电流变液的动态剪切应用为13kPa，静置500小时后抗沉降率为99％。
实施例3
将5g纳米凹凸棒石(直径为50nm，长度为3μm)加入到250g正丁醇溶液中配成分散液A，随后加入一定量的氨水将分散液A的pH值调节到9，将10g钛酸四异丙酯分散到40g正丁醇中配成溶液B，然后将溶液B缓慢加入到溶液A中并在25℃搅拌条件下反应8小时，反应结束后，将生成的复合悬浮液过滤、洗涤、干燥，得到一维纳米核壳结构凹凸棒石@氧化钛颗粒。
将8g凹凸棒石/氧化钛颗粒和4ml苯胺单体加入到320g盐酸溶液(0.5mol/L)中，得到分散液C，另取与苯胺单体摩尔数相同的过硫酸铵加入到160g盐酸溶液中(0.5mol/L)，得到溶液D。然后将溶液D缓慢加入到溶液C中并在0℃搅拌条件下反应4小时，反应结束后，将生成的复合悬浮液过滤、洗涤、干燥，得到一维纳米核壳结构凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺颗粒。
将该一维纳米核壳结构凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺颗粒与羟基硅油均匀混合，配制成凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺颗粒颗粒体积浓度为10vol％的凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺颗粒电流变液。当外加电场V＝4.0kV/mm时，该电流变液的动态剪切应用为12.5kPa，静置500小时后抗沉降率为97.5％。
对比例1
将20ml钛酸四丁酯与乙醇按摩尔比1∶50混合，搅拌均匀，然后滴加盐酸控制溶液的pH值为2.0，得到稳定溶液A；将溶液A置于搅拌机上搅拌，取10ml氨水(1mol/)L将其滴入溶液A中，逐渐形成沉淀；反应完全后，将生成的沉淀过滤后烘干，即得到纳米至微米尺寸分布的氧化钛颗粒。将该氧化钛颗粒与甲基硅油均匀混合，配制成氧化钛颗粒体积浓度为15％的氧化钛电流变液。该氧化钛电流变液的电流变性能用旋转流变仪的圆筒测量法测量，其动态剪切强度在控制剪切速率为1S-1条件下测量。通过测量其动态剪切应力与电场强度的关系如图3所示。该氧化钛电流变液的悬浮稳定性采用静置观察法测量，其静置抗沉降率与时间的关系如图4所示。
对比例2
将8ml苯胺单体加入到320g盐酸溶液(1mol/L)中配成溶液A，另取与苯胺单体摩尔数相同的过硫酸铵加入到160g盐酸溶液中(1mol/L)，得到溶液B。然后将溶液B缓慢加入到溶液A中并在0℃搅拌条件下反应4小时，反应结束后，将生成的悬浮液过滤、洗涤、干燥，得到聚苯胺颗粒。将该聚苯胺颗粒与甲基硅油均匀混合，配制成聚苯胺颗粒体积浓度为15％的聚苯胺电流变液。该聚苯胺电流变液的电流变性能用旋转流变仪的圆筒测量法测量，其动态剪切强度在控制剪切速率为1S-1条件下测量。通过测量其动态剪切应力与电场强度的关系如图3所示。该聚苯胺电流变液的悬浮稳定性采用静置观察法测量，其静置抗沉降率与时间的关系如图4所示。
对照例3
将20ml钛酸四丁酯与乙醇按摩尔比1∶50混合，搅拌均匀，然后滴加盐酸控制溶液的pH值为2.0，得到稳定溶液A；将溶液A置于搅拌机上搅拌，取10ml氨水(1mol/)L将其滴入溶液A中，逐渐形成沉淀；反应完全后，将生成的沉淀过滤后烘干，即得到纳米至微米尺寸分布的氧化钛颗粒。
将8g氧化钛颗粒和6ml苯胺单体加入到480g盐酸溶液(0.75mol/L)中，得到分散液C，另取与苯胺单体摩尔数相同的过硫酸铵加入到240g盐酸溶液中(0.75mol/L)，得到溶液D。然后将溶液D缓慢加入到溶液C中并在2.5℃搅拌条件下反应6小时，反应结束后，将生成的复合悬浮液过滤、洗涤、干燥，得到氧化钛@聚苯胺颗粒。
将该氧化钛@聚苯胺颗粒与甲基硅油均匀混合，配制成氧化钛@聚苯胺颗粒体积浓度为15％的电流变液。该氧化钛@聚苯胺电流变液的电流变性能用旋转流变仪的圆筒测量法测量，其动态剪切强度在控制速率剪切速率为1S-1条件下测量。通过测量其动态剪切应力与电场强度的关系如图3所示。该氧化钛@聚苯胺电流变液的悬浮稳定性采用静置观察法测量，其静置抗沉降率与时间的关系如图4所示。
对照例4
将8g凹凸棒石和6ml苯胺单体加入到480g盐酸溶液(0.75mol/L)中，得到分散液C，另取与苯胺单体摩尔数相同的过硫酸铵加入到240g盐酸溶液中(0.75mol/L)，得到溶液D。然后将溶液D缓慢加入到溶液C中并在2.5℃搅拌条件下反应6小时，反应结束后，将生成的复合悬浮液过滤、洗涤、干燥，得到凹凸棒石@聚苯胺颗粒。
将该凹凸棒石@聚苯胺颗粒与甲基硅油均匀混合，配制成凹凸棒石@氧化钛颗粒体积浓度为15％的电流变液。该凹凸棒石@聚苯胺电流变液的电流变性能用旋转流变仪的圆筒测量法测量，其动态剪切强度在控制速率剪切速率为1S-1条件下测量。通过测量其动态剪切应力与电场强度的关系如图3所示。该一维纳米核壳结构电流变液的悬浮稳定性采用静置观察法测量，其静置抗沉降率与时间的关系如图4所示。
对照例5
将5g纳米凹凸棒石(SEM图谱如图1所示)加入到500g乙醇溶液中配成分散液A，随后加入一定量的氨水将分散液A的pH值调节到10，将15g钛酸四丁酯分散到90g乙醇中配成溶液B，然后将溶液B缓慢加入到溶液A中并在35℃搅拌条件下反应10小时，反应结束后，将生成的复合悬浮液过滤、洗涤、干燥，得到一维纳米核壳结构凹凸棒石@氧化钛颗粒。
将该凹凸棒石@氧化钛颗粒与甲基硅油均匀混合，配制成凹凸棒石@氧化钛颗粒体积浓度为15％的电流变液。该凹凸棒石@氧化钛电流变液的电流变性能用旋转流变仪的圆筒测量法测量，其动态剪切强度在控制速率剪切速率为1S-1条件下测量。通过测量其动态剪切应力与电场强度的关系如图3所示。该凹凸棒石@氧化钛电流变液的悬浮稳定性采用静置观察法测量，其静置抗沉降率与时间的关系如图4所示。
综上所述，藉由上述技术方案，本发明获得的一维纳米核壳结构凹凸棒石@氧化钛@聚苯胺电流变液具有动态剪切应力大、悬浮稳定性好等优点，并且原材料来源广、成本低廉，工艺简单，制备周期短，无污染，无腐蚀，工业应用性好。
本发明的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。
在本发明案中标题及章节的使用不意味着限制本发明；每一章节可应用于本发明的任何方面、实施例或特征。
在本发明案通篇中，在将组合物描述为具有、包含或包括特定组份之处或者在将过程描述为具有、包含或包括特定过程步骤之处，预期本发明教示的组合物也基本上由所叙述组份组成或由所叙述组份组成，且本发明教示的过程也基本上由所叙述过程步骤组成或由所叙述过程步骤组组成。
应理解，各步骤的次序或执行特定动作的次序并非十分重要，只要本发明教示保持可操作即可。此外，可同时进行两个或两个以上步骤或动作。
此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。
尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种一维纳米核壳结构电流变液，其特征在于包括分散相和分散介质，所述分散介质包括绝缘液体，所述分散相均匀分散于所述分散介质中，所述分散相具有一维纳米核壳结构，所述分散相包括由凹凸棒石、氧化钛、聚苯胺构成的凹凸棒石-氧化钛-聚苯胺复合粒子，其中，所述氧化钛包覆于所述凹凸棒石表面形成凹凸棒石-氧化钛胶体粒子，所述聚苯胺包覆于所述凹凸棒石-氧化钛胶体粒子表面。
2.根据权利要求1所述的一维纳米核壳结构电流变液，其特征在于：所述凹凸棒石-氧化钛-聚苯胺复合粒子中凹凸棒石、氧化钛与聚苯胺的质量比为1:0.5～1.5:0.5～1；
和/或，所述一维纳米核壳结构电流变液中凹凸棒石-氧化钛-聚苯胺复合粒子的含量为10～15vol％。
3.根据权利要求1所述的一维纳米核壳结构电流变液，其特征在于：所述凹凸棒石的直径为20～50nm，长度为0.5～3μm；和/或，所述绝缘液体包括甲基硅油和/或羟基硅油。
4.一种一维纳米核壳结构电流变液的制备方法，其特征在于包括：
提供包含凹凸棒石和有机醇溶剂的第一混合体系；
提供包含有机钛酸盐和有机醇溶剂的第二混合体系；
使所述第一混合体系与第二混合体系混合，反应得到凹凸棒石-氧化钛胶体粒子；
使包含所述凹凸棒石-氧化钛胶体粒子、苯胺单体和过硫酸铵的第三混合体系反应得到具有一维纳米核壳结构的凹凸棒石-氧化钛-聚苯胺复合粒子；
使所述凹凸棒石-氧化钛-聚苯胺复合粒子均匀分散于绝缘液体中，获得一维纳米核壳结构电流变液。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述凹凸棒石与有机醇溶剂的质量比为1：50～150；和/或，所述制备方法包括：采用碱性物质将所述第一混合体系的pH值调节至9～11；优选的，所述碱性物质包括氨水；和/或，所述凹凸棒石的直径为20～50nm，长度为0.5～3μm。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述有机钛酸盐与凹凸棒石的质量比为2～4：1；和/或，所述有机钛酸盐与有机醇溶剂的质量比为1：4～8；和/或，所述有机钛酸盐包括钛酸四丁酯、钛酸四乙酯和钛酸四异丙酯中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述有机醇溶剂包括乙醇、异丙醇和正丁醇中的任意一种或两种以上的组合。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于包括：将所述第二混合体系缓慢加入所述第一混合体系并于25～45℃反应8～12h，使氧化钛在凹凸棒石表面的异相成核，形成凹凸棒石-氧化钛胶体粒子；优选的，所述制备方法还包括：在所述反应结束后，将所获反应液过滤、洗涤、干燥，得到所述凹凸棒石-氧化钛胶体粒子。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于具体包括：
将所述凹凸棒石-氧化钛胶体粒子、苯胺单体加入酸性溶液中，得到第一酸性溶液；
将所述过硫酸铵加入酸性溶液中，得到第二酸性溶液；
将所述第二酸性溶液缓慢加入所述第一酸性溶液并于0～5℃反应4～8h，通过过硫酸铵的氧化聚合，使形成的聚苯胺包覆于所述凹凸棒石-氧化钛胶体粒子表面，从而获得所述凹凸棒石-氧化钛-聚苯胺复合粒子；优选的，所述制备方法还包括：在所述反应结束后，将所获反应液过滤、洗涤、干燥，得到所述凹凸棒石-氧化钛-聚苯胺复合粒子。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述凹凸棒石-氧化钛胶体粒子与苯胺单体的质量比为1：0.5～1；和/或，所述第一酸性溶液中酸性溶液与凹凸棒石-氧化钛胶体粒子的质量比为40～80：1；和/或，所述苯胺单体与过硫酸铵的摩尔比1：1；和/或，所述第二酸性溶液中酸性溶液与凹凸棒石-氧化钛胶体粒子的质量比为20～40：1；优选的，所述酸性溶液包括浓度为0.5～1mol/L的盐酸溶液；
和/或，所述绝缘液体包括甲基硅油和/或羟基硅油。
10.由权利要求5-9中任一项所述方法制备的一维纳米核壳结构电流变液。
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