JP2949597B2 - Ferroelectric fluid and method of manufacturing the same - Google Patents

Ferroelectric fluid and method of manufacturing the same

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JP2949597B2 JP2215009A JP21500990A JP2949597B2 JP 2949597 B2 JP2949597 B2 JP 2949597B2 JP 2215009 A JP2215009 A JP 2215009A JP 21500990 A JP21500990 A JP 21500990A JP 2949597 B2 JP2949597 B2 JP 2949597B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、強誘電性流体及びその製造方法に関する。The present invention relates to a ferroelectric fluid and a method for producing the same.

(従来の技術) 磁性流体は、分散媒中に分散質として強磁性微粒子を
安定に分散したものであり、流動性を有する磁性体とし
て磁界中において特有の挙動を示すので、種々の用途に
使用されている。
(Prior art) A magnetic fluid is a magnetic fluid in which ferromagnetic fine particles are stably dispersed as a dispersoid in a dispersion medium, and exhibits a unique behavior in a magnetic field as a magnetic substance having fluidity, so that it is used for various applications. Have been.

しかしながら、上記したような磁性流体は、各種の用
途、装置に応じて永久磁石或いは電磁石を配置して磁場
を発生する必要があるが、流体に力を作用させる場合、
強磁性体でシールドされている磁性流体には磁場を作用
させることはできず、また、磁性流体中の強磁性体物質
に磁場を作用させて浮揚力を与えることはできないとい
う欠点も有していた。
However, the magnetic fluid as described above needs to generate a magnetic field by arranging permanent magnets or electromagnets according to various applications and devices, but when applying a force to the fluid,
Magnetic fluid cannot be applied to a magnetic fluid that is shielded by a ferromagnetic material, and levitation force cannot be applied by applying a magnetic field to a ferromagnetic material in a magnetic fluid. Was.

一方、強誘電体は、誘電率がある温度で増加し、電場
を加えないでも誘電分極を生じた状態が安定な状態とし
て存在する物質であり、音響機器や小型コンデンサー等
に利用されているものである。この強誘電体を分散質と
して分散媒に安定に分散した流体、即ち強誘電性流体を
作製することができれば、電場を発生することにより、
流動性を有する強誘電体として種々の用途に適用できる
ことが見込まれる上、上記した磁性流体における磁場の
発生に伴う欠点を生ずることがないと期待される。
On the other hand, a ferroelectric substance is a substance in which the dielectric constant increases at a certain temperature and the state where dielectric polarization occurs without applying an electric field exists as a stable state, and is used for audio equipment and small capacitors. It is. If a ferroelectric fluid can be produced by stably dispersing the ferroelectric as a dispersoid in a dispersion medium, that is, a ferroelectric fluid, by generating an electric field,
It is expected that the ferroelectric material having fluidity can be applied to various uses, and it is expected that the above-described drawbacks associated with the generation of a magnetic field in the magnetic fluid will not occur.

上記したような強誘電性流体を作製するには、分散媒
中に分散質として強誘電体の超微粒子を安定に分散させ
る必要がある。ブラウン運動を考慮して強誘電体の超微
粒子を溶媒中に分散させるための限界粒径は次式[1]
によって近似される。
In order to produce the above ferroelectric fluid, it is necessary to stably disperse ferroelectric ultrafine particles as a dispersoid in a dispersion medium. The critical particle size for dispersing ultrafine ferroelectric particles in a solvent in consideration of Brownian motion is given by the following equation [1].
Is approximated by

4πr3/3=kT[(ρn−ρ1)g] [1] 上式においてrは強誘電体の超微粒子の半径、kはボ
ルツマン定数、Tは絶対温度、gは重力加速度、ρn
粒子の密度、ρ1は分散媒の密度である。ここでρn≒50
00kg/m3、ρn−ρ1≒4000kg/m3とすると、強誘電体の超
微粒子の半径rが20nm以下で、ブラウン運動の影響が重
力の影響よりも大きくなり、粒子は沈降しないと推定さ
れる。
4πr 3/3 = kT [( ρ n -ρ 1) g] [1] ultrafine particles of the radius of the above formula r is ferroelectric, k is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature, g is the gravitational acceleration, [rho n Is the density of the particles, and ρ 1 is the density of the dispersion medium. Where ρ n ≒ 50
00kg / m 3, when the ρ n -ρ 1 ≒ 4000kg / m 3, the strength at the radius r of the ultrafine particles dielectric 20nm or less, the influence of Brownian motion becomes greater than the influence of gravity, the particles unless settle Presumed.

したがって、ブラウン運動と沈降との兼ね合いから20
nm以下、望ましくは10mn以下の粒径を有する強誘電体の
超微粒子を調整する必要がある。
Therefore, the balance between Brownian motion and sedimentation is 20
It is necessary to prepare ferroelectric ultrafine particles having a particle diameter of not more than nm, preferably not more than 10 mn.

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、例えば強誘電体を粉砕する方法では、
20nm以下の粒径の超微粒子とすることは困難であり、そ
の他、このような強誘電性の超微粒子を作製したという
例もない。
<Problems to be solved by the invention> However, for example, in a method of pulverizing a ferroelectric,
It is difficult to make ultrafine particles having a particle size of 20 nm or less, and there is no example of producing such ferroelectric ultrafine particles.

したがって、この20nm以下の粒径を有する強誘電性の
超微粒子を調整する方法及びそれを安定に分散してなる
強誘電性流体が嘱望されていた。
Therefore, a method for preparing the ferroelectric ultrafine particles having a particle diameter of 20 nm or less and a ferroelectric fluid obtained by stably dispersing the method have been desired.

〈課題を解決するための手段〉 本発明は上記に鑑み提案されたもので、分散媒が有機
溶媒であり、分散質が非晶質或いは正方晶のチタン酸バ
リウムの20nm以下の超微粒子であり、その構成成分であ
るバリウムとチタンとのモル比において、チタンの方が
大で、バリウムに対して2倍を越えない範囲であり、前
記分散媒中にて前記分散質がブラウン運動していること
を特徴とする強誘電性流体及びその製造方法に関するも
のである。
<Means for Solving the Problems> The present invention has been proposed in view of the above, wherein the dispersion medium is an organic solvent, and the dispersoid is amorphous or tetragonal barium titanate ultrafine particles of 20 nm or less. The molar ratio of barium to titanium, which is a constituent of titanium, is larger than titanium and does not exceed twice the barium, and the dispersoid performs Brownian motion in the dispersion medium. And a method for manufacturing the same.

また、本発明は、上記したチタン酸バリウムの超微粒
子において、その構成成分であるバリウムの一部をスト
ロンチウム、カルシウム、マグネシウムの一種以上に置
換した強誘電性流体をも提案するものである。
The present invention also proposes a ferroelectric fluid in which the barium titanate ultrafine particles are partially substituted with at least one of strontium, calcium, and magnesium.

前記したように、強誘電性流体を作製するためには、
20nm以下の粒径で、且つ高い誘電率を有するチタン酸バ
リウムの超微粒子を作製する必要がある。
As mentioned above, to make a ferroelectric fluid,
It is necessary to produce ultrafine particles of barium titanate having a particle diameter of 20 nm or less and having a high dielectric constant.

まず、チタン酸バリウムを調整する第1の方法として
は、バリウムイオンが存在するアルカリ溶液、例えば水
酸化バリウム水溶液中に、チタニウムアルコキシド、例
えばチタニウムイソプロポキシドを添加し、加水分解す
ることにより調整する方法が挙げられる。
First, as a first method for preparing barium titanate, a titanium alkoxide, for example, titanium isopropoxide is added to an alkali solution containing barium ions, for example, an aqueous barium hydroxide solution, and the barium titanate is adjusted by hydrolysis. Method.

尚、この加水分解反応は、下記の反応と考えられる。 This hydrolysis reaction is considered as the following reaction.

Ti((CH32CHO)4+4H2O+Ba2++2(OH)- →Ti(OH)6 2-+Ba2+4(CH32CHOH →BaTiO3+4(CH32CHOH+3H2O 上記した方法において、バリウムとチタンとのモル比
が1:1であるチタン酸バリウムを313〜353Kの反応温度で
調整した結果を図1に示す。同図より明らかなように、
調整されたチタン酸バリウムの平均径は、5〜20nmで、
反応温度が低下するにつれて粒径は減少し、また333K以
上で反応させたチタン酸バリウムの超微粒子は、X線回
折により立方晶系であることが確認され、強誘電性を示
さなかった。さらに、333K以下で反応させたチタン酸バ
リウムの超微粒子は、非晶質となるが、十分に高い誘電
率を示さなかった。
Ti ((CH 3) 2 CHO ) 4 + 4H 2 O + Ba 2+ +2 (OH) - → Ti (OH) 6 2+ Ba 2 +4 (CH 3) 2 CHOH → BaTiO 3 +4 (CH 3) 2 CHOH + 3H 2 O The above FIG. 1 shows the results obtained by adjusting barium titanate having a molar ratio of barium to titanium of 1: 1 at a reaction temperature of 313 to 353 K in the above method. As is clear from the figure,
The average diameter of the adjusted barium titanate is 5 to 20 nm,
The particle diameter decreased as the reaction temperature decreased, and the barium titanate ultrafine particles reacted at 333 K or higher were confirmed to be cubic by X-ray diffraction, and did not exhibit ferroelectricity. Further, the ultrafine particles of barium titanate reacted at 333 K or lower became amorphous, but did not show a sufficiently high dielectric constant.

また、チタン酸バリウムを調整する第2の方法として
は、チタニウムアルコキシドとバリウムアルコキシド、
例えばチタニウムイソプロポキシドとバリウムイソプロ
ポキシドの混合溶液を、窒素雰囲気中で加熱し、蒸留水
を添加することにより調整する方法が挙げられる。
As a second method for adjusting barium titanate, titanium alkoxide and barium alkoxide,
For example, there is a method in which a mixed solution of titanium isopropoxide and barium isopropoxide is heated in a nitrogen atmosphere and adjusted by adding distilled water.

上記した方法において、バリウムとチタンとのモル比
が1:1であるチタン酸バリウムを350Kの反応温度で調整
し、さらにこのチタン酸バリウムを空気雰囲気中1073K
で5分間焼結した。はじめに調整したチタン酸バリウム
は、約20nmの粒径であったが、立方晶系で強誘電性を示
さず、これを1073Kで5分間焼結したチタン酸バリウム
は、立方晶系から正方晶系に変化したが、1kHzでの誘電
率に変化は観察されず、80nmの粒径となった。
In the above method, the molar ratio of barium to titanium is adjusted to 1: 1 barium titanate at a reaction temperature of 350K, and further, the barium titanate is placed in an air atmosphere at 1073K.
For 5 minutes. The initially adjusted barium titanate had a particle size of about 20 nm, but did not exhibit ferroelectricity in a cubic system. The barium titanate sintered at 1073 K for 5 minutes changed from a cubic system to a tetragonal system. However, no change was observed in the dielectric constant at 1 kHz, and the particle size was 80 nm.

上記したように、バリウムとチタンとのモル比が1:1
であるチタン酸バリウムは、第1の方法で調整しても、
第2の方法で調整しても、20nm以下の粒径で、且つ高い
誘電率を有する超微粒子にはならない。
As mentioned above, the molar ratio of barium to titanium is 1: 1
Is adjusted by the first method,
Even if adjusted by the second method, ultrafine particles having a particle size of 20 nm or less and having a high dielectric constant will not be obtained.

次に、前記した第1の方法或いは第2の方法により、
チタンの割合をバリウムの割合より大としてチタン酸バ
リウムを調製したところ、得られたチタン酸バリウム
は、X線的に非晶質であり、平均粒径が5〜10nmの超微
粒子であった。特に、チタンの割合がバリウムの割合よ
り僅かに大きなチタン酸バリウムは高い誘電率を示し
た。また、チタンの割合を増加していくと、バリウムと
チタンとのモル比が1:2までのチタン酸バリウムが、十
分に高い誘電率を示すことが見い出された。
Next, by the first method or the second method described above,
When barium titanate was prepared by increasing the ratio of titanium to the ratio of barium, the obtained barium titanate was X-ray amorphous and was ultrafine particles having an average particle size of 5 to 10 nm. In particular, barium titanate, in which the proportion of titanium was slightly greater than the proportion of barium, showed a high dielectric constant. Further, as the proportion of titanium was increased, it was found that barium titanate having a molar ratio of barium to titanium of up to 1: 2 exhibited a sufficiently high dielectric constant.

一方、バリウムの割合がチタンの割合より大として反
応させて作製したチタン酸バリウムは、前記したバリウ
ムとチタンとのモル比が1:1のチタン酸バリウムと同様
に低い誘電率しか示さなかった。
On the other hand, barium titanate produced by reacting with the barium ratio being greater than the titanium ratio exhibited only a low dielectric constant, similarly to the barium titanate having a molar ratio of barium to titanium of 1: 1.

上記したように、チタン酸バリウムは、その組成にお
いて、バリウムの割合がチタンの割合より大きいか、或
いはそのモル比が1:1の場合は、低い誘電率しか示さな
いが、バリウムとチタンとのモル比において、チタンの
方が大で、バリウムに対して2倍を越えない範囲、例え
ば1:1.01〜1:2の範囲において高い誘電率を示す。
As described above, in the composition of barium titanate, when the ratio of barium is larger than the ratio of titanium or the molar ratio is 1: 1, the barium titanate shows only a low dielectric constant. In terms of molar ratio, titanium is larger and exhibits a high dielectric constant in a range not exceeding twice that of barium, for example, in a range of 1: 1.01 to 1: 2.

以上説明したように、前記した第1の方法或いは第2
の方法を用いて、バリウムとチタンとのモル比におい
て、チタンの方が大で、バリウムに対して2倍を越えな
い範囲のチタン酸バリウムを調製すると、20nm以下の粒
径で、且つ高い誘電率を有する超微粒子を得ることがで
きる。
As described above, the first method or the second method
When the barium titanate having a molar ratio of barium to titanium is larger than that of barium and not more than twice as large as barium using the method described above, a particle size of 20 nm or less and a high dielectric constant are obtained. It is possible to obtain ultrafine particles having a high efficiency.

このように調製されたチタン酸バリウムの超微粒子
は、ケロシンのような有機溶媒中に、例えば分散助剤と
して界面活性剤を添加して超音波或いはホモジナイザー
で攪拌することにより安定に分散することができ、電界
に対して敏感な強誘電性流体を作製することができる。
The barium titanate ultrafine particles thus prepared can be stably dispersed in an organic solvent such as kerosene, for example, by adding a surfactant as a dispersing aid and stirring with an ultrasonic or homogenizer. A ferroelectric fluid sensitive to an electric field can be produced.

前記したように強誘電体は誘電率がある温度で増加す
る特性を有するものであるので、例えばバリウムとチタ
ンとのモル比が1:1.07のチタン酸バリウムの微粒子は、
約353Kで誘電率の極大値を示し、このチタン酸バリウム
の超微粒子を分散してなる強誘電性流体も、約353K、即
ち80℃で高い誘電率を示す。
As described above, since the ferroelectric substance has a characteristic that the dielectric constant increases at a certain temperature, for example, the molar ratio of barium and titanium is 1: 1.07, barium titanate fine particles,
The dielectric constant shows a maximum value at about 353K, and the ferroelectric fluid in which the barium titanate ultrafine particles are dispersed also shows a high dielectric constant at about 353K, that is, 80 ° C.

また、上記したチタン酸バリウムのバリウムの5〜10
%をストロンチウム、カルシウム、マグネシウムの一種
以上に置換することにより、常温でも高い誘電率を示す
強誘電性流体を作製することができる。
In addition, 5 to 10 of barium titanate described above is used.
By replacing% with one or more of strontium, calcium, and magnesium, a ferroelectric fluid exhibiting a high dielectric constant even at room temperature can be produced.

〈実施例〉 [チタン酸バリウムの超微粒子の作製] チタン酸バリウム粒子を調製するために、以下の試薬
を調製した。
<Example> [Preparation of barium titanate ultrafine particles] In order to prepare barium titanate particles, the following reagents were prepared.

イソプロパノール中の0.3〜0.4mol/lのチタニウムイ
ソプロポキシド 加熱した蒸留水中の0.2〜0.4mol/lの水酸化バリウム 窒素雰囲気中、約350Kでイソプロパノール中に金属バ
リウムを溶解して得られた0.3〜0.4mol/lのバリウムイ
ソプロポキシド 上記した試薬中に試薬を添加し、320Kに加熱する
ことにより、チタン酸バリウムを調製した。
0.3 to 0.4 mol / l titanium isopropoxide in isopropanol 0.2 to 0.4 mol / l barium hydroxide in heated distilled water 0.3 to 0.4 mol / l obtained by dissolving barium metal in isopropanol at about 350 K in a nitrogen atmosphere Barium isopropoxide of 0.4 mol / l A reagent was added to the above reagent, and heated to 320 K to prepare barium titanate.

また、上記した試薬と試薬との混合溶液を窒素雰
囲気中で350Kで加熱し、蒸留水を添加してチタン酸バリ
ウムを調製し、酸で炭酸カルシウムを除去洗浄した。
Further, the mixed solution of the above-mentioned reagent and the reagent was heated at 350 K in a nitrogen atmosphere, distilled water was added to prepare barium titanate, and calcium carbonate was removed with an acid and washed.

上記した2種の方法により調製したチタン酸バリウム
の微粒子は、以下に示す測定方法により平均粒径、誘電
率、構成成分のモル比を測定した。
The average particle diameter, dielectric constant, and molar ratio of the constituents of the barium titanate fine particles prepared by the above two methods were measured by the following measurement methods.

(平均粒径の測定) 比重瓶による測定からこのチタン酸バリウムの超微粒
子の密度が約5000kg/m3であるとしてBET法による比表面
積の測定結果を用いて求めた。
(Measurement of Average Particle Size) From the measurement with a specific gravity bottle, the barium titanate ultrafine particles were determined to have a density of about 5000 kg / m 3 , and were determined using the measurement results of the specific surface area by the BET method.

(誘電率の測定) 円形電極間に試料を満たし、LCRメーターにより測定
した。ここで、2あるいは3の非導電体成分の不規則な
混合物系の誘電率は、最も実験結果と良好に一致するこ
とが知られている下記のLichteneckerの式を用いて計算
した。
(Measurement of Dielectric Constant) A sample was filled between the circular electrodes, and measured with an LCR meter. Here, the dielectric constant of an irregular mixture of two or three non-conductive components was calculated using the following Lichtenecker equation, which is known to best agree with the experimental results.

f(ε)=δ1f(ε1)+δ2f(ε)2,δ1+δ2[2] f(ε)=logε [3] (構成成分のモル比の測定) チタン酸バリウムの微粒子をアルカリ溶融した後、そ
の構成成分であるバリウムとチタンとのモル比をそれぞ
れ重量比、比色法により求めた。
f (ε) = δ 1 f (ε 1 ) + δ 2 f (ε) 2 , δ 1 + δ 2 [2] f (ε) = logε [3] (Measurement of Molar Ratio of Constituents) After fine particles of barium titanate were alkali-melted, the molar ratios of the constituents barium and titanium were determined by a weight ratio and a colorimetric method, respectively.

調製されたチタン酸バリウムは、X線的に非晶質で、
その平均粒径は5〜10nmであった。
The prepared barium titanate is X-ray amorphous,
Its average particle size was 5-10 nm.

第2図に誘電率を測定した結果を示した。超微粒子の
体積分率は誘電率の測定に際し、約40%であり、この超
微粒子のうち、バリウムとチタンとのモル比が1:1.17の
チタン酸バリウムは、低周波数の交流電圧でより高い誘
電率を示し、例えば前記したLichteneckerの式[3]よ
り、誘電率は、1kHzで2300と計算された。
FIG. 2 shows the result of measuring the dielectric constant. The volume fraction of the ultrafine particles is about 40% when measuring the dielectric constant, and among these ultrafine particles, barium titanate with a molar ratio of barium to titanium of 1: 1.17 is higher at low frequency AC voltage The dielectric constant was calculated. For example, the dielectric constant was calculated to be 2300 at 1 kHz from Lichtenecker's equation [3] described above.

第3図にこの調製されたチタン酸バリウムの誘電率に
おける温度の影響を示した。バリウムとチタンとのモル
比が1:1.07のチタン酸バリウムの誘電率は、1kHz,353K
で40%の体積分率において40を示し、Lichteneckerの式
[3]より10000以上と計算された。
FIG. 3 shows the effect of temperature on the dielectric constant of the prepared barium titanate. The dielectric constant of barium titanate with a molar ratio of barium to titanium of 1: 1.07 is 1 kHz, 353 K
Shows 40 at a volume fraction of 40%, and was calculated to be 10,000 or more according to Lichtenecker's equation [3].

[強誘電性流体の作製] 上記したように調製されたチタン酸バリウムの微粒子
のうち、粒径が8nmで、バリウムとチタンとのモル比が
1:1.17のチタン酸バリウム1gを、ポリオキシエチレン
(6)アルキルエーテル酢酸ナトリウム塩1gを含むケロ
シン10g中に添加し、ホモジナイザーで攪拌することに
より分散させた。
[Preparation of Ferroelectric Fluid] Of the barium titanate fine particles prepared as described above, the particle diameter is 8 nm, and the molar ratio of barium to titanium is
1 g of barium titanate of 1: 1.17 was added to 10 g of kerosene containing 1 g of polyoxyethylene (6) alkyl ether acetate sodium salt, and dispersed by stirring with a homogenizer.

沈降した粒子重量を測定することにより計算した分散
率は60%となり、また透過型電子顕微鏡により、この強
誘電性流体のチタン酸バリウムの微粒子が良好な分散状
態を示すことが観察された。
The dispersion rate calculated by measuring the weight of the sedimented particles was 60%, and it was observed by a transmission electron microscope that the fine particles of barium titanate of the ferroelectric fluid exhibited a good dispersion state.

また、体積分率で2%のチタン酸バリウムをケロシン
中に分散させた強誘電性流体の温度変化による誘電率を
測定したところ、測定周波数が500Hzの場合、353Kで誘
電率は急に増大し、約383Kでは300となった。低周波数
の交流電圧の印加で誘電率の増加は顕著であった。尚、
測定電圧は1Vで、この強誘電性流体の最大の誘電率を示
す温度は、微粒子単体での測定結果とやや異なってい
た。
In addition, when the dielectric constant of a ferroelectric fluid in which barium titanate having a volume fraction of 2% was dispersed in kerosene due to temperature change was measured, when the measurement frequency was 500 Hz, the dielectric constant suddenly increased at 353K. It was 300 at 383K. The increase in the dielectric constant was remarkable when a low frequency AC voltage was applied. still,
The measurement voltage was 1 V, and the temperature at which the maximum dielectric constant of the ferroelectric fluid was slightly different from the measurement result of the fine particles alone.

[浮揚力の測定] 第4図に示した装置において、上記のように作製した
強誘電性流体のソーダライムガラス球が受ける浮揚力を
測定した。ガラス球は重量変化を測定するためにロード
セルに木綿糸により吊されている。この場合、測定値
は、第4図の点Oからの距離に対して示され、絶対体中
の浮揚力は、Linらにより次式[4]で示される。
[Measurement of Levitation Force] Using the apparatus shown in FIG. 4, the levitation force applied to the soda-lime glass sphere of the ferroelectric fluid produced as described above was measured. The glass sphere is suspended by a cotton thread in a load cell to measure a change in weight. In this case, the measured value is shown with respect to the distance from the point O in FIG. 4, and the levitation force in the absolute body is expressed by Lin et al. By the following equation [4].

F=2πR3ε0ε1(ε2−ε1)/(ε2+2ε1)×▽E0
2 [4] ここでε1とε2はそれぞれ流体と物体の誘電率、▽E0
2は電界の強さの2乗の勾配を示し、ε0は真空の誘電率
である。このガラス球のε2は7.5で、半径Rは0.005mで
ある。Admsonによって報告された電極の形による浮揚力
の式は次式[5]で表わされる。
F = 2πR 3 ε 0 ε 12 −ε 1 ) / (ε 2 + 2ε 1 ) × ▽ E 0
2 [4] where ε 1 and ε 2 are the dielectric constants of the fluid and the body, respectively, ▽ E 0
2 indicates the gradient of the square of the electric field strength, and ε 0 is the dielectric constant of vacuum. The glass sphere has an ε 2 of 7.5 and a radius R of 0.005 m. The equation of buoyancy by electrode shape reported by Admson is given by the following equation [5].

F=(9/2)πR3V2(h)-3ε0ε1(ε2−ε1)/(ε2
+2ε1) [5] ここでVは銅電極間の電圧、hは第1図に示される距
離である。ガラス球に30kg/cm2の浮揚力が作用し、
[5]式からの計算値と一致した。さらに流体中の分散
質のチタン酸バリウムの濃度を上昇させたり、或いはさ
らに誘電率の高い超微粒子を使用すれば浮揚力はさらに
増大する。
F = (9/2) πR 3 V 2 (h) -3 ε 0 ε 12 −ε 1 ) / (ε 2
+ 2ε 1 ) [5] Here, V is the voltage between the copper electrodes, and h is the distance shown in FIG. A buoyancy of 30 kg / cm 2 acts on the glass ball,
It was consistent with the calculated value from equation [5]. The levitation force is further increased by increasing the concentration of barium titanate as a dispersoid in the fluid or by using ultrafine particles having a higher dielectric constant.

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明の強誘電性流体は、高い
誘電率を有する微粒子を有機溶媒中に安定に分散したも
のであるため、流動性を有する強誘電体として従来の強
誘電体では適用できないような種々の用途及び装置への
利用が期待され、実用的価値、貢献度が極めて高いもの
である。
<Effects of the Invention> As described above, since the ferroelectric fluid of the present invention is obtained by stably dispersing fine particles having a high dielectric constant in an organic solvent, a conventional ferroelectric material having fluidity is used. It is expected to be used for various applications and devices that cannot be applied with ferroelectrics, and has a very high practical value and contribution.

例えば、強誘電性流体を数μmの厚さの薄膜状とし、
電界を薄膜と垂直に作用させると薄膜を通る光は電界を
制御することにより、磁性流体を用いた磁気光学効果と
同様に光シャッタ、光モジュレータ等への応用が期待さ
れる。
For example, a ferroelectric fluid is formed into a thin film having a thickness of several μm,
When an electric field is applied perpendicularly to the thin film, the light passing through the thin film controls the electric field, so that it is expected to be applied to an optical shutter, an optical modulator, and the like in the same manner as the magneto-optical effect using a magnetic fluid.

また、強誘電性流体に電界勾配を作用させて圧力が作
用することから、磁性流体と比較してその力は小である
が、強誘電性流体中の物体の位置をある程度制御でき
る。
Further, since the pressure acts by applying an electric field gradient to the ferroelectric fluid, the force is smaller than that of the magnetic fluid, but the position of the object in the ferroelectric fluid can be controlled to some extent.

さらに、液晶中に強誘電性流体を混合することによ
り、従来の液晶に電界を作用された場合とは異なる応答
が期待され、また、磁性流体と混合すると、例えば従来
の油ベース磁性流体をプリンタ用インクとして用いる場
合、誘電率が小であったことと比較し、強誘電性流体は
誘電率が大で且つ着色しやすく、電界を作用させた場合
の印字速度を極めて高速にすることができる。また、電
界応答性を高めることもできる。
Furthermore, by mixing a ferroelectric fluid in the liquid crystal, a response different from the case where an electric field is applied to the conventional liquid crystal is expected. When mixed with a magnetic fluid, for example, a conventional oil-based magnetic fluid can be used in a printer. When used as an ink for ink, the ferroelectric fluid has a large dielectric constant and is easily colored, as compared with having a small dielectric constant, and can extremely increase the printing speed when an electric field is applied. . In addition, the electric field response can be improved.

また、強誘電性流体の誘電率が温度に依存し、ある温
度で最大値をとることは、磁性流体が温度上昇につれて
磁化が低下するのとは異なり、電界勾配を作用させて強
誘電性流体中の熱の移動を制御できる。
Also, the fact that the dielectric constant of the ferroelectric fluid depends on the temperature and has a maximum value at a certain temperature is different from the fact that the magnetization decreases as the temperature rises in the magnetic fluid. Can control the transfer of heat inside.

本発明の強誘電性流体は、上記したような種々の利用
が見込まれ、それぞれの利用に際しては、電圧をかけて
電界を発生すれば良く、前記した磁性流体のように磁界
を作用させることによる欠点を生じない。
The ferroelectric fluid of the present invention is expected to be used in various ways as described above. For each use, an electric field may be generated by applying a voltage, and by applying a magnetic field as in the above-described magnetic fluid. No drawbacks.

また、本発明の強誘電性流体の製造方法は、特殊な原
材料及び製造装置を必要とするものではなく、多段階の
製造工程をも必要としないので、容易且つ簡便に強誘電
性流体を作製することができる。
In addition, the method for producing a ferroelectric fluid of the present invention does not require special raw materials and a production apparatus, and does not require a multi-step production process. can do.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はバリウムとチタンとのモル比が1:1であるチタ
ン酸バリウムにおける反応温度と平均粒径との相関図、
第2図は各種モル比で調製したチタン酸バリウムにおけ
る周波数と誘電率との相関図、第3図は温度と誘電率と
の相関図、第4図は本発明の強誘電性流体を使用した浮
力測定装置である。
FIG. 1 is a correlation diagram between the reaction temperature and the average particle size in barium titanate in which the molar ratio of barium and titanium is 1: 1.
FIG. 2 is a correlation diagram between frequency and dielectric constant of barium titanate prepared at various molar ratios, FIG. 3 is a correlation diagram between temperature and dielectric constant, and FIG. 4 uses a ferroelectric fluid of the present invention. It is a buoyancy measuring device.

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】分散媒が有機溶媒であり、分散質が非晶質
或いは正方晶のチタン酸バリウムの20nm以下の超微粒子
であり、その構成成分であるバリウムとチタンとのモル
比において、チタンの方が大で、バリウムに対して2倍
を越えない範囲であり、前記分散媒中にて前記分散質が
ブラウン運動していることを特徴とする強誘電性流体。
The dispersion medium is an organic solvent, and the dispersoid is amorphous or tetragonal ultrafine particles of barium titanate having a particle size of 20 nm or less. The ferroelectric fluid is larger than the barium and not more than twice as large as barium, and the dispersoid performs Brownian motion in the dispersion medium.
【請求項2】請求項(1)に記載のチタン酸バリウムの
超微粒子は、その構成成分であるバリウムの一部をスト
ロンチウム、カルシウム、マグネシウムの一種以上に置
換したものであることを特徴とする強誘電性流体。
2. The ultrafine particles of barium titanate according to claim 1 are characterized in that a part of barium constituting the barium titanate is replaced by at least one of strontium, calcium and magnesium. Ferroelectric fluid.
【請求項3】バリウムイオンが存在するアルカリ溶液中
に、チタニウムアルコキシドを添加し、303〜353Kに加
熱して生じたバリウムとチタンとのモル比において、チ
タンの方が大で、バリウムに対して2倍を越えない範囲
である非晶質或いは正方晶のチタン酸バリウムの20nm以
下の超微粒子を、有機溶媒中に分散させてブラウン運動
させることを特徴とする強誘電性流体の製造方法。
3. Titanium alkoxide is added to an alkaline solution in which barium ions are present, and the molar ratio of barium to titanium generated by heating to 303 to 353K is higher in titanium than in barium. A method of producing a ferroelectric fluid, comprising dispersing ultrafine particles of amorphous or tetragonal barium titanate having a size of not more than twice and having a diameter of 20 nm or less in an organic solvent and performing Brownian motion.
【請求項4】チタニウムアルコキシドとバリウムアルコ
キシドの混合溶液を、窒素雰囲気中で353K前後に加熱
し、蒸留水を添加して生じたバリウムとチタンとのモル
比において、チタンの方が大で、バリウムに対して2倍
を越えない範囲である非晶質或いは正方晶のチタン酸バ
リウムの20nm以下の超微粒子を、有機溶媒中に分散させ
てブラウン運動させることを特徴とする強誘電性流体の
製造方法。
4. A mixed solution of a titanium alkoxide and a barium alkoxide is heated to about 353 K in a nitrogen atmosphere, and the molar ratio of barium to titanium produced by adding distilled water is larger for titanium. Production of ferroelectric fluid characterized by dispersing ultrafine particles of amorphous or tetragonal barium titanate of not more than twice as large as 20 nm or less in an organic solvent and performing Brownian motion Method.
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