CN1139813A - 掺杂的钛酸锶电流变液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电介质材料的制造技术，特别是涉及利用胶体化学方法来制备掺杂的钛酸锶电流变液技术。本发明的目的为了提供一种结构稳定，不易沉降，机械性能好的掺杂钛酸锶电流变液。本发明用SrCl₂、TiCl₄和MCl₃乙二酸盐(或草酸)、柠檬酸、乙二酸醇脂作原料，按Sr_1-xM_xTiO₃配制成陈化液，经陈化、离心、洗涤、烧结制成掺杂钛酸锶球形颗粒，再将它与200^#硅油按不同体积分比混和，搅拌均匀制成掺杂钛酸锶电流变液。

Description

掺杂的钛酸锶电流变液及其制备方法

本发明涉及一种电介质材料的制造技术领域，特别是涉及利用胶体化学方法来制备掺杂的钛酸锶电流变液技术。

电流变液是目前很受重视的智能液体，在外加电场时，这种液体的粘滞性(剪切强度)立即(毫秒)增大4-5个数量级而变成类似固体。一旦撤去外电场，材料又恢复原来的液体状态，其剪切强度近似与外加电场强度的平方成正比，从而通过调节外加电压可连续改变剪切强度。这种新奇特性在技术上有重要的应用前景。其主要优点是响应时间快、连续可调、能耗低、便于计算机控制。可实现机电一体化的控制、传动、阻尼。例如可作减震器、离合器、无机调速、刹车、阀门等。在自动化、机器人汽车、航空等工业部门应用，将会产生革命性的影响。

电流变液这种效应在五十多年前就已发现，由于当时系采用含水的材料，例如玉米粉等，在较高温度时，水分易挥发，因此实际应用受到限制。如：专利文献2，417850 3/1947Winslow 175^#320 US.3,047,567 7/1947 Winslow 252^#75US.等。1987年以后发展了不含水的电流变液材料，如采用SiO₂浮石等，可以在很宽的温度范围使用，但这些材料在低电压下，其剪切力很低，且比重大，易沉淀，仍难以广泛应用，如：专利文献4687,589 8/1987 Block 169^#04US，1,501,635 2/1978 UK，2，153372 8/1985UK。

由于技术的发展和需求，促进了电流变液的研究，近年来美、英、日、俄等国均投入了很大力量开展电流变液材料和应用技术研究。又如“Nature”(1992)“Science”(1992)“Scientific American”(1993)等都作了专题报告和评述，日本石油公司在1994年新材料展示会上推出的电流变液剪切力为2Kpa的材料(具体材料未有公开)。我们国家在八十年代后期有少数单位开始进行硅铝酸盐、聚丙烯睛基、聚异丁烯酸等电流变液材料和应用方面的研究。总之，综合上述目前世界上还找不到一种在低电压下，剪切强度高达5Kpa的化学结构稳定、比重小、不易沉降的无机盐电流变液材料。

本发明的目的在于克服上述已有技术的缺点和不足，为了提供一种结构稳定，不易沉降，机械性能好，它能在外加电压达2500V/mm时，其剪切强度达5.5Kpa的掺杂钛酸锶电流变液；其次为了提供一种采用胶体化学方法来达到简化制备手续，提高成品率的制备球形掺杂钛酸锶电流变液的方法。

本发明的目的是这样实现的：采用化学纯以上等级的原料，用SrCl₂、TiCl₄做为阳离子基团和MCl₃；(其中M可以是La、Y、Nd、Ce等轻稀土元素)作为掺杂剂；乙二酸盐如：乙二酸钾、钠盐或草酸做为阴离子基团；还可以加入适量柠檬酸做为掩蔽剂，调节陈化溶液的PH值在2-5之间；也可再加入适量乙二酸醇脂做为溶剂起到溶胶作用，按Sr_1－xM_xTiO₃组成(其中X＝0-0.4)来配比称料，取SrCl₂按Sr²⁺0.05-0.4mol/l，TiCl₄按Ti⁴⁺0.05-0.4mol/l；乙二酸为0.1-0.8mol/l；M的量由Sr_1－xM_xTiO₃中X的含量确定MCl₃的重量，搅拌混合均匀，此为陈化液，再将此陈化液置于50℃-70℃恒温水浴内陈化10-50分钟，然后用水冷，离心，经离心后所得沉淀物再用二次蒸馏水洗涤三次，一般的真空干燥，后放入马弗炉中在950℃烧结5-10小时，可得到白色掺杂的钛酸锶颗粒；把它与硅油等按不同体积分比混和均匀，SrTiO₃+硅油按体积分比，即按： $\mathrm{\ρ}=\frac{V_p}{V_p+V_f}$            式中V_p＝颗粒总体积

                 V_f＝油的体积即配成掺杂的钛酸锶电流变液。

下面结合附图及实施例对本发明做详细地说明：

图1：SiTiO₃单晶球形颗粒的透射电镜照片。

图2：SiTiO₃电流变液剪切强度对外加电场的变化曲线。

图3：Sr_1－xM_xTiO₃球形链状的透射电镜照片。

图4：Sr_1－xM_xTiO₃系列的剪切强度对外加电场的变化曲线。

实施例1：

将120ml浓度为1mol/l的乙二酸(或草酸)溶液加入含有50ml浓度为1mol/l SrCl₂及50ml浓度为1mol/lTiCl₄，柠檬酸10g，乙酸二醇脂10ml水溶液中，加水770ml，使混和后体系的组成为：0.05mol/lSr²⁺、0.05mol/lTi⁴⁺、0.12mol/l乙二酸(或草酸)，将此陈化液置于65℃恒温水浴陈化50分钟，水冷、离心。所得沉淀物用二次蒸馏水洗涤三次，真空干燥，然后在950℃烧结7小时，即得钛酸锶，与200^#硅油按体积分比0.41混匀成电流变液，其剪切强度与外加电场的关系如图2所示。

实施例2：

将240ml浓度为1mol/l的乙二酸(或草酸)溶液加入含有100ml浓度为1mol/l SrCl₂及100ml浓度为1mol/lTiCl₄，20ml浓度为1mol/l YCl₃，柠檬酸20g，乙二酸醇脂10ml水溶液中，加水510ml，使混和后体系的组成为：0.1mol/l Sr²⁺、0.1mol/l Ti⁴⁺、0.24mol/l乙二酸、0.02mol/l Y³⁺，将此陈化液置于65℃恒温水浴中陈化30分钟，水冷、离心。所得沉淀物用二次蒸馏水洗涤三次，真空干燥，然后在马弗炉中950℃烧结7小时，即得原始配比为：Sr_0.8Y_0.2TiO₃的白色颗粒，再将Sr_0.8Y_0.2TiO₃18.89与200^#硅油6毫升按体积分比为0.38配制成电流变液，其性能参见图3、图4。

实施例3：取实施例2制备出的Sr_0.8Y_0.2TiO₃的白色颗粒与200^#硅油混和，按体积分比为0.33，称取Sr_0.8Y_0.2TiO₃料15.1g同200^#硅油6ml混和搅拌均匀为0.33的掺杂钛酸锶电流变液。

实施例4：取实施例2制备出的Sr_0.8Y_0.2TiO₃的白色颗粒与200^#硅油混和，按体积分比为0.29混合，可配成0.29系列的掺杂钛酸锶电流变液。

实施例5：同实施例2工艺所述，按照Sr_1－xM_xTiO₃组成选取M为Ce(No₃)，制备原始组成为Sr_0.8Ce_0.2TiO₃的掺铈钛酸铈，取Sr_0.8Ce_0.2TiO₃白色颗粒粉末13.1g，200^#硅油6毫升，按体积分比为0.23，混和搅拌均匀即可做成掺铈钛酸锶电流变液。所测的该电流变液剪切强度(在外加电场为2500V/mm时)为2000Pa。

实施例6：同实施例2所述的工艺相同来制备掺钕钛酸锶电流变液，用Nd₂O₃原料配制成Sr_0.9Nd_0.1TiO₃，然后用掺钕钛酸锶与200^#硅油混和，按体积分比为0.38混和，搅拌均匀做成掺钕的电流变液。

本发明的优点在于：

1.在低电压2500v/mm，剪切强度高达5.5Kpa。

2.不易沉降。

3.化学结构稳定。

4.材料颗粒形状一致，尺寸大小分布窄的单晶球形均匀分散

  体系，单晶颗粒达0.5μ。

5.制备方法简单，成品率高。

Claims (6)

1.一种掺杂的钛酸锶电流变液，其特征在于：包括Sr_1－xM_xTiO₃，其中M＝La、Y、Nd、Ce；X＝0-0.4等轻稀土元素，与200^#硅油，两者按体积分比从0.23-0.65组成。

2.一种制备权利要求1所述的掺杂钛酸锶电流变液的方法，其特征在于：采用SrCl₂、TiCl₄、MCl₃乙二酸盐(或草酸)做原料，按Sr_1－xM_xTiO₃比例称料，其中M＝La、Y、Nd、Ce，混合搅拌均匀配成陈化液，将陈化液置于50℃-70℃恒温水浴内陈化10-50分钟，然后用水冷，离心，经离心后所得沉淀物再用二次蒸馏水洗涤三次，经真空干燥后，放入马弗炉中在950℃烧结5-10小时，可得到白色球形颗粒掺杂的钛酸锶颗粒与200^#硅油按体积分比均匀混和，制成掺杂钛酸锶电流变液。

3.按权利要求2所述的掺杂钛酸锶电流变液的方法，其特征在于：所述的原料MCl₃M＝La、Y、Nd、Ce的氯化物。

4.按权利要求2所述的制备掺杂钛酸锶电流变液的方法，其特征在于：所述的乙二酸盐原料为乙二酸钾、乙二酸钠。

5.按权利要求2、3、4所述的制备掺杂钛酸锶电流变液的方法，其特征在于：掺杂钛酸锶与200^#硅油的混和比例，按体积分比0.23-0.65混和。

6.按权利要求2所述的制备掺杂钛酸锶电流变液的方法，其特征在于：还包括在SrCl₂、TiCl₄、MCl₃、乙二酸盐配好的陈化液内加入柠檬酸PH调节到2-5之间。

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