專利名稱：草酸氧鈦電流變液及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到電流變液及其制備方法，具體指一種草酸氧鈦電流變液及其制備方法。
背景技術：
電流變液是一種自身粘度在外電場作用下能夠顯著變化的均勻懸濁液體，具有受
控變化的品質(zhì)，其屈服應力、彈性模量能夠按照控制者的意志產(chǎn)生變化。其通常由具有高
介電常數(shù)的固體微粒均勻分散在低介電常數(shù)的絕緣油中組成，在通常條件下其是一種懸浮
液，它在電場的作用下可發(fā)生液體-固體的轉(zhuǎn)變。當外加電場強度大大低于某個臨界值時，
電流變液呈液態(tài)；當電場強度大大高于這個臨界值時，它就變成固態(tài)。在電場強度的臨界值
附近，電流變液的粘滯性隨電場強度的增加而變大，介于亦液亦固的物態(tài)之間。 通常認為該變化是由于在電場作用下電流變液中分散的小顆粒被極化為電偶極
子，這些偶極子之間產(chǎn)生強烈的靜電吸引從而引起液體宏觀粘度的變化。該過程中顆粒由
無序的隨機分布變?yōu)橛行蚺帕校ǔＰ纬梢欢ǖ逆湢詈椭鶢罱Y(jié)構，該微觀結(jié)構對電流變液
的宏觀力學性能有很大影響。固體微粒材料的性質(zhì)決定了電流變液性能的好壞，是電流變
液的關鍵組份。 電流變液在電場作用下軟硬連續(xù)可調(diào)的奇特性質(zhì)具有廣泛和重要的應用價值，如 離合器、制動器、阻尼系統(tǒng)、減震器、無級變速器、閥門、機電耦合控制等。評價微粒材料的主 要性能指標是能夠提供的動態(tài)剪切應力的大小，動態(tài)剪應力大強度就高。此外，穩(wěn)定性要 高，導電率要小。絕緣液體通常有硅油、食油、礦物油，絕緣液體應具有較高的沸點，穩(wěn)定性、 抗腐蝕性好。目前已發(fā)現(xiàn)有多種電流變液可以產(chǎn)生電流變效用，但是現(xiàn)有的絕大部分電流 變液的剪切強度低，一般不高于10kPa，無法達到工業(yè)應用水平，實現(xiàn)工程應用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術的現(xiàn)狀，提供一種具有高剪切強度、
低電流密度的草酸氧鈦電流變液，其結(jié)構穩(wěn)定、無污染、無腐蝕、工業(yè)應用性好。 本發(fā)明所要解決的另一個技術問題是針對現(xiàn)有技術的現(xiàn)狀，提供一種原料成本
低、制備工藝簡單、生產(chǎn)周期短的草酸氧鈦電流變液的制備方法。 本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案如下該草酸氧鈦電流變液，其特征 在于其是以納米至微米尺寸的草酸氧鈦顆粒作為分散相，均勻分散于硅油中形成的懸浮 液體；并且，該懸浮液體中草酸氧鈦顆粒的體積濃度為5 40%。
較好的，所述硅油可以選自甲基硅油或羥基硅油。 上述草酸氧鈦電流變液的制備方法，其原理為先使用相同摩爾數(shù)的草酸和鈦鹽在 有機醇溶劑中的化學沉淀反應制備草酸氧鈦顆粒，然后將草酸氧鈦顆粒與硅油均勻混合， 得到草酸氧鈦電流變液。具體包括如下步驟
①草酸氧鈦顆粒的制備
將鈦鹽與有機醇溶劑以摩爾比為i : 20 70的比例混合均勻，控制溶液的ra值
小于2，得到溶液A ;較好的，所述的鈦鹽可選自鈦酸四丁酯、四氯化鈦、鈦酸四乙酯或鈦酸 四異丙酯值可通過滴加鹽酸或硝酸來調(diào)節(jié)； 取與鈦鹽相同摩爾數(shù)的草酸溶解于有機醇中，配制成草酸溶液B ;
將溶液A置于攪拌器中勻速攪拌，同時將溶液B滴入溶液A中；隨著B的加入，沉 淀逐漸形成；反應完全后，將生成的沉淀過濾，然后將沉淀烘干，得到納米至微米尺寸分布 的草酸氧鈦顆粒； ②草酸氧鈦電流變液的制備 將步驟①得到的草酸氧鈦顆粒與硅油均勻混合，配制成草酸氧鈦顆粒的體積濃度 為5 40%的草酸氧鈦電流變液，得到本發(fā)明的草酸氧鈦電流變液。
較好的，所述硅油可以選自甲基硅油或羥基硅油。 本發(fā)明提供的草酸氧鈦電流變液，是以相同摩爾數(shù)的草酸和鈦鹽在有機醇溶劑中 沉淀反應制得的草酸氧鈦與絕緣液體介質(zhì)配制而成，其所需的原材料十分容易獲得，成本 低廉，制備工藝簡單，周期短；所制得的草酸氧鈦電流變液具有強電流變效應。當外加電場 為5kV/mm時，其屈服應力達到120kPa，動態(tài)剪切應力可達40kPa，且具有電流密度小、無毒、 無污染等眾多優(yōu)點，有很好的應用前景。


圖1 :本發(fā)明實施例1中不同體積濃度的草酸氧鈦電流變液的屈服應力與電場強 度的關系； 圖2 :本發(fā)明實施例1中不同體積濃度的草酸氧鈦電流變液的電流密度與電場強 度的關系； 圖3 :本發(fā)明實施例1中30%體積濃度的草酸氧鈦電流變液的剪切強度與剪切速 率的關系； 圖4 :本發(fā)明實施例1中30%體積濃度的草酸氧鈦電流變液的表觀粘度與剪切速 率的關系； 圖5 :本發(fā)明實施例1中草酸氧鈦顆粒的XRD圖譜；
圖6 :本發(fā)明實施例1中草酸氧鈦顆粒的紅外透射光譜圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
實施例1 將17.4ml鈦酸四丁酯與乙醇按摩爾比l : 50混合，攪拌均勻，然后滴加鹽酸控制 溶液的ra值為2. O，得到穩(wěn)定溶液A ;將與鈦酸四丁酯相同摩爾數(shù)的草酸溶于乙醇中，配制 成lmol/1的草酸乙醇溶液B ;將溶液A置于攪拌機上攪拌，取50ml溶液B將其滴入溶液A 中，逐漸形成沉淀；反應完全后，將生成的沉淀過濾后烘干，即得到納米至微米尺寸分布的 草酸氧鈦顆粒。草酸氧鈦顆粒的XRD圖譜如圖5所示，從圖5可知，該草酸氧鈦顆粒為無定 形態(tài)；圖6為該草酸氧鈦顆粒的紅外透射光譜圖，由圖6可以看出其羧基、羥基的特征吸收 峰。
將該草酸氧鈦顆粒與甲基硅油均勻混合，配制成草酸氧鈦顆粒體積濃度為10%， 20%和30%的草酸氧鈦電流變液。該懸浮液的電流變性能用旋轉(zhuǎn)流變儀的圓筒測量法測 量，其屈服強度在控制應力模式條件下測量，其剪切強度在控制速率模式下測量。通過測量 其屈服應力與電場強度的關系如圖l所示，電流密度與電場強度的關系如圖2所示。體積 濃度為30%的草酸氧鈦的電流變液的剪切強度與剪切速率的關系如圖3所示，表觀粘度與 剪切速率的關系如圖4所示。
實施例2 將5. 5ml四氯化鈦與異丙醇按摩爾比1 : 40混合，攪拌均勻，然后滴加硝酸控制 溶液的ra值為1.5，得到穩(wěn)定溶液A;將與四氯化鈦相同摩爾數(shù)的草酸溶于異丙醇中，配制 成0. 5mo1/1草酸異丙醇溶液B ;將溶液A置于攪拌機上攪拌，取100ml溶液B將其滴入溶 液A中，逐漸形成沉淀；反應完全后，將生成的沉淀過濾后烘干，即得到所需要的納米至微 米尺寸分布的草酸氧鈦顆粒。 將該草酸氧鈦顆粒與羥基硅油均勻混合，配制成體積濃度為15%，20%和30 %的 草酸氧鈦電流變液。當外加電場V = 4. 0kV/mm時，15%的電流變液的屈服強度為16kPa，電 流密度為8uA/cm2 ;20X的電流變液的屈服強度可達60kPa，電流密度為18uA/cm2 ;30%的電 流變液的屈服強度可達84kPa，電流密度為25uA/cm2。
實施例3 將17.4ml鈦酸四丁酯與丙醇按摩爾比l : 30混合，攪拌均勻，然后滴加鹽酸或硝 酸控制溶液的ra值為l.O，得到穩(wěn)定溶液A;將與鈦酸四丁酯相同摩爾數(shù)的草酸溶于丙醇 中，配制成O. 5mo1/1草酸丙醇溶液B ;將溶液A置于攪拌機上攪拌，取100ml溶液B將其滴 入溶液A中，逐漸形成沉淀；反應完全后將生成的沉淀過濾后烘干，即得到所需要的納米至 微米尺寸分布的草酸氧鈦顆粒。 將該草酸氧鈦顆粒與甲基硅油均勻混合，配制成體積濃度為10%，20%和30 %的 本發(fā)明的草酸氧鈦電流變液。當外加電場V = 5. OkV/mm時，10%的電流變液的屈服強度為 10kPa，剪切強度為5kPa，電流密度為8uA/cm2 ;20 %的電流變液的屈服強度可達68kPa，剪 切強度為20kPa，電流密度為15uA/cm2 ;30 %的電流變液的屈服強度可達96kPa，剪切強度 為32kPa，電流密度為20uA/cm2。
實施例4 將5. 5ml四氯化鈦與甲醇按摩爾比1 : 60混合，攪拌均勻，然后滴加鹽酸或硝酸 控制溶液的ra值為1. 5，得到穩(wěn)定溶液A ;將與四氯化鈦相同摩爾數(shù)的草酸溶于甲醇中，配 制成2mo1/1草酸甲醇溶液B ;將溶液A置于攪拌機上攪拌，取25ml溶液B將其滴入溶液A 中，逐漸形成沉淀；反應完全后，將生成的沉淀過濾后烘干，即得到所需要的納米至微米尺 寸分布的草酸氧鈦顆粒。 將該草酸氧鈦顆粒與甲基硅油均勻混合，配制成體積濃度為15%，25%和35 %的 草酸氧鈦電流變液。當外加電場V = 4. OkV/mm時，15%的電流變液的屈服強度為16kPa，剪 切強度為7kPa，電流密度為8uA/cm2 ;20 %的電流變液的屈服強度可達70kPa，剪切強度為 25kPa，電流密度為18uA/cm2 ;30 %的電流變液的屈服強度可達90kPa，剪切強度為35kPa， 電流密度為25uA/cm2。
實施例5
5
將IO. 3ml鈦酸四乙酯與正丁醇按摩爾比l : 30混合，攪拌均勻，然后滴加鹽酸控 制溶液的ra值為0. 5，得到穩(wěn)定溶液A ;將與鈦酸四乙酯相同摩爾數(shù)的草酸溶于正丁醇中， 配制成0. 5mo1/1草酸正丁醇溶液B ;將溶液A置于攪拌機上攪拌，取100ml溶液B將其滴 入溶液A中，逐漸形成沉淀；反應完全后，將生成的沉淀過濾后烘干，即得到所需要的納米 至微米尺寸分布的草酸氧鈦顆粒。將該草酸氧鈦顆粒與羥基硅油均勻混合，配制成體積濃 度為40%的草酸氧鈦電流變液。當外加電場V = 4. 0kV/mm時，電流變液的屈服強度可達 120kPa，剪切強度為34kPa，電流密度為30uA/cm2。
實施例6 將14.8ml鈦酸四異丙酯與乙醇按摩爾比l : 45混合，攪拌均勻，然后滴加鹽酸或
硝酸控制溶液的ra值為o，得到穩(wěn)定溶液A;將與鈦酸四異丙酯相同摩爾數(shù)的草酸溶于異丙
醇中，配制成lmo1/1草酸異丙醇溶液B ;將溶液A置于攪拌機上攪拌，取50ml溶液B將其 滴入溶液A中，逐漸形成沉淀；反應完全后，將生成的沉淀過濾后烘干，即得到所需要的納 米至微米尺寸分布的草酸氧鈦顆粒。將該草酸氧鈦顆粒與甲基硅油均勻混合，配制成體積 濃度為45%的本發(fā)明的草酸氧鈦電流變液。當外加電場V = 4. OkV/mm時，電流變液的屈服 強度可達125kPa，剪切強度為36kPa，電流密度為35uA/cm2。
權利要求
一種草酸氧鈦電流變液，其特征在于其是以納米至微米尺寸的草酸氧鈦顆粒作為分散相，均勻分散于硅油中形成的懸浮液體；并且，該懸浮液體中草酸氧鈦顆粒的體積濃度為5～40％。
2 根據(jù)權利要求1所述的草酸氧鈦電流變液，其特征在于所述硅油為甲基硅油或羥基硅油。
3. —種草酸氧鈦電流變液的制備方法，其特征在于包括如下步驟① 草酸氧鈦顆粒的制備將鈦鹽與有機醇溶劑以摩爾比為i : 20 70的比例混合均勻，控制溶液的ra值小于等于2，得到溶液A;取與鈦鹽相同摩爾數(shù)的草酸溶解于有機醇中，配制成草酸溶液B ;將溶液A置于攪拌器中勻速攪拌，同時將溶液B滴入溶液A中；隨著B的加入，沉淀逐 漸形成；反應完全后，將生成的沉淀過濾，然后將沉淀烘干，得到納米至微米尺寸分布的草 酸氧鈦顆粒；② 草酸氧鈦電流變液的制備1將步驟①得到的草酸氧鈦顆粒與硅油均勻混合，配制成草酸氧鈦顆粒的體積濃度為 5 40%的草酸氧鈦電流變液。
4. 根據(jù)權利要求3所述的草酸氧鈦電流變液的制備方法，其特征在于所述的鈦鹽為 鈦酸四丁酯、四氯化鈦、鈦酸四乙酯或鈦酸四異丙酯。
5. 如權利要求3所述的草酸氧鈦電流變液的制備方法，其特征在于所述硅油為甲基 硅油或羥基硅油。
6. 根據(jù)權利要求3所述的草酸氧鈦電流變液的制備方法，其特征在于步驟①中通過加入鹽酸或硝酸來控制溶液的ra值小于等于2。
全文摘要
本發(fā)明涉及到一種草酸氧鈦電流變液及其制備方法。一種草酸氧鈦電流變液，其特征在于其是以納米至微米尺寸的草酸氧鈦顆粒作為分散相，均勻分散于硅油中形成的懸浮液體；并且，該懸浮液體中草酸氧鈦顆粒的體積濃度為5～40％，其制備方法為先使用相同摩爾數(shù)的草酸和鈦鹽在有機醇溶劑中的化學沉淀反應制備草酸氧鈦顆粒，然后將草酸氧鈦顆粒與硅油均勻混合，得到草酸氧鈦電流變液，本發(fā)明提供的草酸氧鈦電流變液具有強電流變效應，當外加電場為5kV/mm時，其屈服應力達到120kPa，動態(tài)剪切應力可達40kPa，且具有電流密度小、無毒、無污染等眾多優(yōu)點，有很好的應用前景；并且所需的原材料容易獲得，成本低廉，制備工藝簡單，周期短。
文檔編號C10M171/00GK101768503SQ20081016379
公開日2010年7月7日 申請日期2008年12月31日 優(yōu)先權日2008年12月31日
發(fā)明者劉豐華, 吳敬華, 崔平, 程昱川, 許高杰, 郭建軍 申請人:中國科學院寧波材料技術與工程研究所