JPH05194974A - Electric-field-responsive fluid - Google Patents

Electric-field-responsive fluid

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JPH05194974A
JPH05194974A JP2995392A JP2995392A JPH05194974A JP H05194974 A JPH05194974 A JP H05194974A JP 2995392 A JP2995392 A JP 2995392A JP 2995392 A JP2995392 A JP 2995392A JP H05194974 A JPH05194974 A JP H05194974A
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barium
barium titanate
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titanium
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Abstract

PURPOSE:To obtain the subject fluid which is stable as a fluid and shows remarkably the Winslow effect by using a molar ratio of the constituent Ba to the constituent Ti in which the constituent Ti predominates and is present in an amount at most 10 times as large as the amount of the constituent Ba. CONSTITUTION:In the objective electric-field-responsive fluid, wherein the dispersing medium is an organic solvent, the dispersoid is ultramicroparticulate amorphous or tetragonal barium wherein the constituent Ti predominates and is present in an amount at most 10 times as large as the amount of the constituent Ba in a molar ratio of the constituent Ba to the constituent Ti. This fluid is stable as a fluid and has a feature of being thickened when an alternating or direct electric field is applied thereto, namey it markedly shows the so-called Winslow effect.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、交流或いは直流の電界
を作用させると粘性が増大する特性を有する、所謂ウイ
ンズロー効果を顕著に示すような電界応答性流体(=エ
レクトロレオロジー流体、以下、ER流体という)に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric field responsive fluid (= electrorheological fluid, hereinafter referred to as "electrorheological fluid", which has a characteristic of increasing viscosity when an alternating electric field or a direct electric field is applied) ER fluid).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、ER流体は、ウインズロー効
果を示すものとして自動車エンジンマウント、ショック
アブソーバー、ダンパー等の種々の用途への実用化が試
みられている。そして、上記したER流体としては、チ
タン酸バリウム等の強誘電性を有する微粒子を溶媒に分
散させた流体(特公平2−38538号公報)や、シリ
カ微粒子を溶媒に分散させた流体(特開昭61−449
98号公報)、珪酸アルミニウムの微粒子を溶媒に分散
させた流体(特開昭62−95397号公報)等が知ら
れている。
2. Description of the Related Art Conventionally, ER fluids have been attempted to be put to practical use in various applications such as automobile engine mounts, shock absorbers, dampers, etc., because they exhibit the Winslow effect. As the above-mentioned ER fluid, a fluid in which fine particles having a ferroelectricity such as barium titanate are dispersed in a solvent (Japanese Patent Publication No. 2-38538) or a fluid in which silica fine particles are dispersed in a solvent (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-38538) 61-449
98), fluids in which fine particles of aluminum silicate are dispersed in a solvent (JP-A-62-95397), and the like are known.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような微粒子分散型の流体を作製するには、分散媒中
に前記したような微粒子を分散質として安定に分散させ
る必要がある。ここで、ブラウン運動を考慮して微粒子
を分散媒中に分散させるために限界粒径は次式(1)に
よって近似される。 4πr3 /3=kT/[(ρn −ρ1 )g] …(1) 上式において、rは微粒子の半径、kはボルツマン定
数、Tは絶対温度、gは重力加速度、ρn は微粒子の密
度、ρ1 は分散媒の密度である。ここで、ρn ≒500
0kg/m3 ,ρn −ρ1 ≒4000kg/m3 とする
と、微粒子の半径rが20nm以下の場合にはブラウン
運度の影響は重力の影響よりも大きくなり、微粒子は沈
降しないと推定される。したがって、ブラウン運動と沈
降との兼ね合いから20nm以下、望ましくは10nm
以下の粒径を有する超微粒子を調製する必要がある。
However, in order to produce the above-described fine particle-dispersed fluid, it is necessary to stably disperse the fine particles as a dispersoid in the dispersion medium. Here, in order to disperse the fine particles in the dispersion medium in consideration of Brownian motion, the limit particle diameter is approximated by the following expression (1). 4πr 3/3 = kT / in [(ρ n -ρ 1) g ] ... (1) the above equation, r is the radius of the particle, k is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature, g is the gravitational acceleration, [rho n the microparticles , Ρ 1 is the density of the dispersion medium. Where ρ n ≈500
0 kg / m 3, when the ρ n -ρ 1 ≒ 4000kg / m 3, the influence of Brown und when the radius r of the fine particles below 20nm is larger than the influence of gravity, the microparticles is estimated that does not settle It Therefore, from the balance of Brownian motion and sedimentation, 20 nm or less, preferably 10 nm
It is necessary to prepare ultrafine particles having the following particle sizes.

【0004】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、このような比較的誘電率の高い超
微粒子を作製したという例もない。したがって、この2
0nm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ER流体が嘱望さ
れていた。
However, it is difficult to form ultrafine particles having a particle size of 20 nm or less by, for example, a method of pulverizing a ferroelectric substance, and in addition, there is an example in which such ultrafine particles having a relatively high dielectric constant are produced. Absent. Therefore, this 2
A method for preparing ferroelectric ultrafine particles having a particle size of 0 nm or less and an ER fluid in which the particles are stably dispersed have been desired.

【0005】[0005]

【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超微粒子である
ER流体において、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10倍を越えない範囲であることを特徴とするE
R流体に関するものである。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ER流体をも提案する
ものである。
The present invention has been proposed in view of the above, and an ER fluid in which the dispersion medium is an organic solvent and the dispersoid is ultrafine particles of amorphous or tetragonal barium titanate. In the above E, the molar ratio of barium to titanium, which is its constituent component, is larger in titanium and is in a range not exceeding 10 times that of barium.
It relates to the R fluid. Further, the present invention also proposes an ER fluid in which, in the above-mentioned ultrafine particles of barium titanate, barium which is a constituent component thereof is partially replaced with one or more of strontium, calcium and magnesium.

【0006】前記したように、ER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。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。尚、この加水分解
反応は、下記の反応と考えられる。 Ti((CH32 CHO)4 +4H2 O+Ba2++2(OH)- →Ti(OH)6 2- +Ba2++4(CH32 CHOH →BaTiO3 +4(CH32 CHOH+3H2 O 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粒径は、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。
As described above, in order to produce an ER fluid, it is necessary to produce ultrafine particles of barium titanate having a particle size of 20 nm or less and a high dielectric constant. First, as the first method for adjusting barium titanate,
A method in which a titanium alkoxide, for example, titanium isopropoxide is added to an alkaline solution in which barium ions are present, for example, a barium hydroxide aqueous solution, and the mixture is hydrolyzed is used. The hydrolysis reaction is considered to be the following reaction. 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 FIG. 1 shows the result of adjusting barium titanate having a molar ratio of barium to titanium of 1: 1 at a reaction temperature of 313 to 353 K by the above method. As is clear from the figure, the average particle size of the adjusted barium titanate is 5
At ~ 20 nm, the particle size decreased as the reaction temperature decreased, and the ultrafine particles of barium titanate reacted at 333 K or higher were confirmed to be cubic by X-ray diffraction and showed ferroelectricity. There wasn't. Further, the ultrafine particles of barium titanate reacted at 333 K or less became amorphous, but did not show a sufficiently high dielectric constant.

【0007】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。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、8
0nmの粒径となった。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、20
nm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 a second method for adjusting barium titanate, a titanium alkoxide and barium alkoxide, for example, a mixed solution of titanium isopropoxide and barium isopropoxide is heated in a nitrogen atmosphere and distilled water is added. The method of adjusting by doing. In the above-mentioned method, barium titanate having a molar ratio of barium to titanium of 1: 1 was adjusted at a reaction temperature of 350K, and the barium titanate was further sintered in an air atmosphere at 1073K for 5 minutes. The barium titanate prepared at the beginning had a grain size of about 20 nm, but did not exhibit ferroelectricity in the cubic system, and barium titanate sintered for 5 minutes at 1073 K showed a cubic to tetragonal system. However, no change was observed in the dielectric constant at 1 kHz.
The particle size was 0 nm. As described above, barium titanate having a molar ratio of barium to titanium of 1: 1 can be prepared by either the first method or the second method.
Ultrafine particles having a particle size of nm or less and a high dielectric constant cannot be obtained.

【0008】次に、前記した第1の方法或いは第2の方
法により、チタンの割合が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、平均粒径が5〜10n
m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1:10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。
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。
Next, barium titanate was prepared by the above-mentioned first method or second method so that the proportion of titanium was higher than the proportion of barium. The obtained barium titanate was non-radioactive. Crystalline, average particle size 5-10n
It was ultrafine particles of m. In particular, barium titanate having a titanium content slightly higher than that of barium exhibited a high dielectric constant. It was also found that barium titanate having a molar ratio of barium to titanium up to 1:10 exhibited a sufficiently high dielectric constant as the proportion of titanium was increased.
On the other hand, the barium titanate produced by reacting with the barium ratio higher than the titanium ratio showed only a low dielectric constant as in the barium titanate in which the molar ratio of barium to titanium was 1: 1.

【0009】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10倍を越え
ない範囲、例えば1:1.01〜1:10の範囲におい
て高い誘電率を示す。
As described above, barium titanate has a low dielectric constant when its composition is such that the ratio of barium is higher than that of titanium or the molar ratio thereof is 1: 1, but barium titanate is Regarding the molar ratio with respect to titanium, titanium is larger and shows a high dielectric constant in a range not exceeding 10 times that of barium, for example, in a range of 1: 1.01 to 1:10.

【0010】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10
倍を越えない範囲のチタン酸バリウムを調製すると、2
0nm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, by using the above-mentioned first method or second method, the molar ratio of barium to titanium is larger in titanium and is larger than that in barium.
If barium titanate is prepared in a range not exceeding twice,
Ultrafine particles having a particle size of 0 nm or less and a high dielectric constant can be obtained.

【0011】このように調整されたチタン酸バリウムの
超微粒子は、ケロシン、アルキルナフタレン、ポリ−α
−オレフィン、シリコンオイル、エステル類、エーテル
類、その他の石油系溶剤、鉱物油、植物油等の有機溶媒
中に、例えば分散助剤としてオレイン酸ナトリウム、ア
ルキルアンモニウムアセテート、アルキルスルホコハク
酸塩、n−アシルアミノ酸とその塩、n−アルキルトリ
メチレンジアミン誘導体、ポリオキシエチレンアルキル
エーテルリン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテ
ル酢酸塩、アルキルリン酸塩、アルカリ酢酸塩等の界面
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ER流体を作製することができる。
The ultrafine particles of barium titanate thus prepared are kerosene, alkylnaphthalene and poly-α.
-In organic solvents such as olefins, silicone oils, esters, ethers, other petroleum solvents, mineral oils and vegetable oils, for example, sodium oleate, alkylammonium acetate, alkylsulfosuccinate, n-acyl as a dispersion aid Amino acid and its salt, n-alkyltrimethylene diamine derivative, polyoxyethylene alkyl ether phosphate, polyoxyethylene alkyl ether acetate, alkyl phosphate, alkali acetate, etc. Stirring with a homogenizer enables stable dispersion, and an ER fluid sensitive to an electric field can be produced.

【0012】前記したような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ER流体
も、約353K、即ち80℃で高い誘電率を示す。
Since the above-mentioned dielectric has a characteristic that the permittivity increases at a certain temperature, fine particles of barium titanate having a molar ratio of barium to titanium of 1: 1.07 are about 353K. Shows the maximum value of the dielectric constant, and the ER fluid in which the ultrafine particles of barium titanate are dispersed also shows a high dielectric constant at about 353K, that is, at 80 ° C.

【0013】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ER流体を作製することができる。
By substituting 5 to 10% of barium in the above barium titanate with one or more of strontium, calcium and magnesium, an ER fluid exhibiting a high dielectric constant even at room temperature can be produced.

【0014】[0014]

【実施例】【Example】

(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。 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
(Preparation of Barium Titanate Ultrafine Particles) The following reagents were prepared to prepare barium titanate particles. 0.3-0.4 mol / l in isopropanol
Titanium isopropoxide 0.2-0.4 mol / l barium hydroxide in heated distilled water 0.3-0.4 mol / l obtained by dissolving metal barium in isopropanol at about 350 K in nitrogen atmosphere.
l barium isopropoxide

【0015】上記した試薬中に試薬を添加し、32
0Kに加熱することにより、チタン酸バリウムを調製し
た。
A reagent is added to the above-mentioned reagents, and 32
Barium titanate was prepared by heating to 0K.

【0016】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, a mixed solution of the above reagents and reagents was heated at 350 K in a nitrogen atmosphere, distilled water was added to prepare barium titanate, and calcium carbonate was removed by acid washing.

【0017】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、構成成分のモル比を測定した。
With respect to the barium titanate fine particles prepared by the above-mentioned two methods, the average particle diameter and the molar ratio of the constituents were measured by the following measuring methods.

【0018】(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5000k
g/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 using a pycnometer, the density of the ultrafine particles of barium titanate was about 5000 k.
It was determined by using the measurement result of the specific surface area by the BET method assuming that it is g / m 3 .

【0019】(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法、比色
法により求めた。
(Measurement of Molar Ratio of Constituents) After fine particles of barium titanate were alkali-melted, the molar ratios of barium and titanium which were the constituents were determined by a gravimetric method and a colorimetric method, respectively.

【0020】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 was X-ray amorphous and had an average particle size of 5 to 10 nm.

【0021】図2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Lichtene
ckerの式[f(ε)=logε]より、誘電率は、
1kHzで2300と計算された。
FIG. 2 shows the results of measuring the dielectric constant. The volume fraction of ultrafine particles was about 40% when measuring the dielectric constant. Among these ultrafine particles, barium titanate with a molar ratio of barium to titanium of 1: 1.17 was used at a low frequency AC voltage. Shows a higher dielectric constant, eg Lichtene
From the Cker equation [f (ε) = logε], the dielectric constant is
It was calculated to be 2300 at 1 kHz.

【0022】図3にこの調整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4
0を示し、Lichteneckerの式[f(ε)=
logε]より10000以上と計算された。
FIG. 3 shows the effect of temperature on the permittivity of this adjusted barium titanate. The dielectric constant of barium titanate in which the molar ratio of barium to titanium is 1: 1.07 is 4 at a volume fraction of 40% at 1 kHz and 353K.
0, and the Lichtenecker formula [f (ε) =
log ε] was calculated to be 10,000 or more.

【0023】(ER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。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ER流体中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。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ER
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ER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。
(Preparation of ER fluid) Of the barium titanate fine particles prepared as described above, the particle size is 8 nm.
And 10 g of kerosene containing 1 g of barium titanate having a molar ratio of barium to titanium of 1: 1.17 and 1 g of sodium salt of polyoxyethylene (6) alkyl ether acetate.
It was added to the inside and dispersed by stirring with a homogenizer. The dispersion rate calculated by measuring the weight of the precipitated particles was 60%, and it was observed by a transmission electron microscope that fine particles of barium titanate in this ER fluid exhibited a good dispersion state. In addition, ER in which 2% by volume of barium titanate was dispersed in kerosene
When the dielectric constant due to the temperature change of the fluid was measured, when the measurement frequency was 500 Hz, the dielectric constant suddenly increased at 353 K and reached 300 at about 383 K. The increase of the dielectric constant was remarkable when the low frequency AC voltage was applied. The measurement voltage is 1 V, and the temperature at which the maximum permittivity of this ER fluid is
It was slightly different from the measurement result of the fine particles alone.

【0024】(ウィンズロー効果の測定)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
ン酸バリウムをパラフィン、ドデカンに分散したER流
体を作製し、交番電界を作用させ、円錐平板粘度計によ
り剪断応力とずり速度との関係を測定した。その結果を
図4及び図5に示した。本発明のER流体には降伏値が
生じ、ビンガム流体にように挙動した。また、電界の強
さに応じて剪断応力が増加してER流体であることが確
認された。
(Winslow effect measurement) Particle size is 8 nm
Then, an ER fluid in which barium titanate having a molar ratio of barium to titanium of 1: 1.17 was dispersed in paraffin and dodecane was prepared, and an alternating electric field was applied to the ER fluid to measure shear stress and shear rate. The relationship was measured. The results are shown in FIGS. 4 and 5. A yield value occurred for the ER fluid of the present invention and behaved like a Bingham fluid. In addition, it was confirmed that the shear stress was increased in accordance with the strength of the electric field to be an ER fluid.

【0025】(浮揚力の測定)図6に示した装置におい
て、上記のように作製したER流体中のソーダライムガ
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、図6の点Oからの距離に対し
て示され、絶縁体中の浮揚力は、Linらにより次式
(2)で示される。 F=2πR3 ε0 ε1 (ε2 −ε1 )/(ε2 +2ε1 )×∇E0 2…(2) ここでε1 とε2 はそれぞれ流体と物体の誘電率、∇E
0 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。Adamsonによって報告され
た電極の形による浮揚力の式は次式(3)で表わされ
る。 F=(9/2)πR32 (h)-3ε0 ε1 (ε2 −ε1 )/(ε2 +2ε1 ) …(3) ここでVは銅電極間の電圧、hは図6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、
(3)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。
(Measurement of levitation force) In the apparatus shown in FIG. 6, the levitation force received by the soda lime glass balls in the ER fluid prepared as described above was measured. The glass bulb is hung by a cotton thread on the load cell to measure the weight change. In this case, the measured value is shown with respect to the distance from the point O in FIG. 6, and the levitation force in the insulator is given by Lin et al. F = 2πR 3 ε 0 ε 12 −ε 1 ) / (ε 2 + 2ε 1 ) × ∇E 0 2 (2) where ε 1 and ε 2 are the dielectric constants of the fluid and the object, and ∇E
0 2 represents the slope of the square of the electric field strength, and ε 0 is the dielectric constant of vacuum. The ε 2 of this glass sphere is 7.5 and the radius R is 0.005 m. The equation of levitation force according to the shape of the electrode reported by Adamson is expressed by the following equation (3). F = (9/2) πR 3 V 2 (h) −3 ε 0 ε 12 −ε 1 ) / (ε 2 + 2ε 1 ) ... (3) where V is the voltage between the copper electrodes and h is It is the distance shown in FIG. The levitation force of 30 kg / cm 2 acts on the glass ball,
This agrees with the value calculated from the equation (3). If the concentration of dispersoid barium titanate in the fluid is increased or ultrafine particles having a higher dielectric constant are used, the levitation force is further increased.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のER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、流動性を有する誘電体として従
来の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。例えば、ER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。また、ER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、ER流体中の物体の位置をある程度制御でき
る。さらに、液晶中にER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、ER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。また、ER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ER流体中の熱の移動を制御できる。本
発明のER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。
As described above, since the ER fluid of the present invention is obtained by stably dispersing fine particles having a high dielectric constant in an organic solvent, it is not possible to use a conventional dielectric as a fluid dielectric. It is expected to be used in various applications and devices that cannot be applied, and has extremely high practical value and contribution. For example, when the ER fluid is formed into a thin film having a thickness of several μm and an electric field is applied perpendicularly to the thin film, the light passing through the thin film controls the electric field, so that an optical shutter similar to the magneto-optical effect using the magnetic fluid, It is expected to be applied to optical modulators. Further, since the electric field gradient acts on the ER fluid and the pressure acts on it, the force is smaller than that of the magnetic fluid, but the position of the object in the ER fluid can be controlled to some extent. Furthermore, by mixing the ER fluid in the liquid crystal,
A response different from the case where an electric field is applied to a conventional liquid crystal is expected, and when mixed with a magnetic fluid, for example, when using a conventional oil-based magnetic fluid as a printer ink,
Compared with the low dielectric constant, the ER fluid has a high dielectric constant and is easily colored, and the printing speed when an electric field is applied can be made extremely high. Also, the electric field response can be improved. Further, the fact that the permittivity of the ER fluid depends on the temperature and takes the maximum value at a certain temperature is different from the fact that the magnetization of the magnetic fluid decreases as the temperature rises. You can control the movement. The ER fluid of the present invention is expected to be used in various ways as described above. In each use, it is sufficient to apply a voltage to generate an electric field. Does not happen.

【0027】そして、上記したような本発明のER流体
は、複雑な工程や特殊な装置を必要とすることなく極め
て簡便で、安価に且つ迅速に、しかも安定した品質で作
製することができる。
The ER fluid of the present invention as described above can be produced very simply, inexpensively, rapidly and with stable quality without requiring complicated steps or special equipment.

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

【図1】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
である。
FIG. 1 is a correlation diagram between a reaction temperature and an average particle diameter in barium titanate having a molar ratio of barium to titanium of 1: 1.

【図2】各種の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である。
FIG. 2 is a correlation diagram of frequency and dielectric constant in barium titanate prepared at various molar ratios.

【図3】温度と誘電率との相関図である。FIG. 3 is a correlation diagram between temperature and dielectric constant.

【図4】パラフィンを分散媒とする本発明のER流体に
交番電界を作用させた場合の剪断応力とずり速度との関
係を示す相関図である。
FIG. 4 is a correlation diagram showing the relationship between shear stress and shear rate when an alternating electric field is applied to the ER fluid of the present invention having paraffin as a dispersion medium.

【図5】ドデカンを分散媒とする本発明のER流体に交
番電界を作用させた場合の剪断応力とずり速度との関係
を示す相関図である。
FIG. 5 is a correlation diagram showing the relationship between shear stress and shear rate when an alternating electric field is applied to the ER fluid of the present invention having dodecane as a dispersion medium.

【図6】本発明のER流体を使用した浮力測定装置であ
る。
FIG. 6 is a buoyancy measuring device using the ER fluid of the present invention.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[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超微粒子である電
界応答性流体において、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10倍を越えない範囲であることを特徴とす
る電界応答性流体。
1. An electric field responsive fluid in which a dispersion medium is an organic solvent and a dispersoid is ultrafine particles of amorphous or tetragonal barium titanate in a molar ratio of its constituent components, barium and titanium. , Titanium is larger, and the electric field responsive fluid is characterized in that it does not exceed 10 times that of barium.
【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電界応答性流体。
2. The electric field response according to claim 1, wherein the barium titanate ultrafine particles are obtained by substituting at least one of strontium, calcium and magnesium for part of barium which is a constituent thereof. Sex fluid.
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