专利名称：一种新型的掺杂铈离子中孔二氧化钛电流变液材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电流变液材料，特别涉及掺杂铈离子的中孔二氧化钛电流变液材料。
背景技术：
电流变液通常由高介电常数的颗粒分散在绝缘油中组成。受到电场作用时电流变液自身粘度可发生突变，当电场强度大于某一值时电流变液可由液态转变为固态，从而具有较强的抗剪切能力。特别是电流变液的这些变化可受外场大小调制，具有响应快可逆等特点。因此电流变液在许多工业领域具有广泛的应用前景，如减震器、阻尼器、机器人控制、力矩传递装置等。八十年代后期无水电流变液研制成功，如英国专利1501635、2100740A、2170510B等所报道的聚苯胺及改性聚苯胺等电流变液；美国专利4,879,056所报道的硅铝酸盐类电流变液；日本专利63-97694、7-90287等所报道的含碳类电流变液，中国专利99115944.6所报道的稀土掺杂改性的二氧化钛电流变液等。这些材料所配制的电流变液较好地克服了含水电流变液温度稳定性差的缺点。但这些电流变液的力学强度(＜10kPa)低，仍不能满足工业应用要求。最近我们制备了一种具有纳米尺寸的新型中孔二氧化钛电流变材料，其屈服应力可达15kPa，然而由于制备过程采用的是胺类表面活性剂来诱导中孔结构，所获得的中孔二氧化钛电流变颗粒孔壁偏薄、结晶程度低，导致热稳定性差，从而使电流变性能的稳定性变差。同时该电流变材料的力学强度(15kPa)仍处于传统水平，无法满足多数应用要求。
发明内容
为解决传统电流变液的低力学强度和胺类表面活性剂诱导的中孔二氧化钛电流变颗粒热稳定性差的缺点，本发明采用先进的蒸发诱导下的三嵌段聚合物自组装技术制备了一种不仅热稳定性好，而且具有超高电流变效应的掺杂铈离子的中孔二氧化钛电流变液材料。其特点是该电流变液具有63kPa(4kV/mm)的屈服强度，比现有的传统电流变液提高近一个数量级；同时由于采用了三嵌段聚合物作为中孔结构的诱导剂，颗粒具有更厚和结晶程度更高的孔壁，表现出良好的热稳定性。
图1中孔二氧化钛电流变液电流变液(18％)在剪切速率3.0S-1下的剪切应力与时间关系(25℃)图2中孔二氧化钛电流变液电流变液屈服应力与电场强度(直流)的关系(25℃)图3中孔二氧化钛电流变液电流变液电流密度与电场强度(直流)的关系(25℃)图4中孔二氧化钛电流变液(18％)电流变液的剪切强度与剪切速率的关系(25℃)图5中孔二氧化钛电流变液电流变液(31％)在剪切速率3.0S-1下的剪切应力与时间关系(25℃)具体实施方式
所用原料有化学纯四氯化钛，分析纯无水乙醇，分析纯氯化铈，二次去离子水和聚氧乙烯-聚氧丙烯表面活性剂Pluronic P-123(分子式HO(CH2CH2O)20(CH2CH(CH3)O)70(CH2CH2O)20，、Pluronic F-I27(分子式HO(CH2CH2O)106(CH2CH(CH3)O)70(CH2CH2O)106。将表面活性剂加热溶解于无水乙醇中获得含有表面活性剂的乙醇溶液；将四氯化钛和氯化铈溶解于用一定量的浓盐酸和乙醇配置的溶剂中获得溶胶前驱体；在室温搅拌下将溶胶前驱体缓慢加到含有表面活性剂的乙醇溶液之中，滴加完毕后继续搅拌5～10分钟以使反应物混合更加均匀，此时溶液的pH值小于1，形成透明溶液；将此透明溶液倒入敞口的培养皿中恒温40℃下存放7-14天挥发溶剂、水和盐酸完成钛盐的凝胶过程；将块状凝胶转入箱式电阻炉中，按1℃/分钟升温并在400℃或450℃连续处理6小时脱掉模板剂，得到了中孔的掺杂二氧化钛电流变液分散相材料；最后将此颗粒在150℃干燥8小时后与经烘制过的硅油按一定的颗粒/硅油体积比用玛瑙研钵混合均匀，即得到中孔的掺杂二氧化钛电流变液。
本发明的实现过程和材料的性能由实施例和
实施例一将5克表面活性剂F-I27加热溶解于20毫升无水乙醇中获得含有表面活性剂的乙醇溶液；将17克四氯化钛，和1.11克氯化铈溶解于用20毫升的浓盐酸和乙醇(1∶1)配置的溶剂中获得溶胶前驱体；在室温搅拌下将溶胶前驱体缓慢加到含有表面活性剂的乙醇溶液之中，滴加完毕后继续搅拌5～10分钟以使反应物混合更加均匀，并用浓盐酸调节pH值为1，形成透明溶液；然后将此透明溶液放入烘箱在40℃下存放7-14天挥发溶剂获得浓缩的均匀凝胶；将凝胶转入坩埚放入箱式电阻炉中，按1℃/分钟升温并在400℃连续处理6小时脱掉表面活性剂，即得到了中孔的掺杂二氧化钛电流变液分散相材料；最后将此颗粒在150℃干燥8小时后与经烘制过的硅油按颗粒/硅油体积比18％用玛瑙研钵混合均匀，即得到中孔的掺杂二氧化钛电流变液。图1是该电流变液在固定剪切速率下的剪切应力与时间关系；图2是该电流变液在固定剪切速率下的剪切应力与电场强度的关系；图3该电流变液电流变液电流密度与电场强度的关系；图4该电流变液电流变液的剪切强度与剪切速率的关系实施例二将由实施例一制备的中孔稀土掺杂二氧化钛颗粒在150℃下处理8小时以上与经150℃处理2小时的硅油按颗粒体积分数23％配制电流变液。该电流变液在固定剪切速率下的剪切应力与电场强度关系见图2。
实施例三将由实施例一制备的中孔稀土掺杂二氧化钛颗粒在150℃下处理8小时以上与经150℃处理2小时的硅油按颗粒体积分数31％配制电流变液。该电流变液在固定剪切速率下的剪切应力与电场强度关系见图2；图5是该电流变液在固定剪切速率下的剪切应力与时间关系。
权利要求
1.一种新型的掺杂铈离子中孔二氧化钛电流变液材料，其特征在于该材料的分散相是用蒸发诱导自组装技术制备的新型的掺杂铈离子中孔二氧化钛介电颗粒，连续相基液为硅油。
2.如权利要求1所述一种新型的掺杂铈离子中孔二氧化钛电流变液材料，其特征在于该中孔铈离子掺杂二氧化钛具有5～6nm的孔洞，孔壁为锐钛矿型纳米氧化钛。
3.如权利要求1所述一种新型的掺杂铈离子中孔二氧化钛电流变液材料，其特征在于中孔铈离子掺杂二氧化钛具有185～220m2/g的比表面积和0.29～0.35cm3/g的孔体积。
4.如权利要求1所述一种新型的掺杂铈离子中孔二氧化钛电流变液材料，其特征在于铈与钛的摩尔比为0.07。
5.如权利要求1所述一种新型的掺杂铈离子中孔二氧化钛电流变液材料，其特征在于分散相中孔铈离子掺杂二氧化钛是用聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物作模板剂，钛的无机氯化物作钛前驱体制备获得。
6.如权利要求1所述一种新型的掺杂铈离子中孔二氧化钛电流变液材料，其特征在于中孔二氧化钛颗粒采用蒸发诱导自组装技术制备，工艺包括如下步骤(1)所用原料有化学纯四氯化钛，分析纯无水乙醇，分析纯氯化铈，二次去离子水和聚氧乙烯-聚氧丙烯表面活性剂Pluronic P-123(分子式HO(CH2CH2O)20(CH2CH(CH3)O)70(CH2CH2O)20、Pluronic F-127(分子式HO(CH2CH2O)106(CH2CH(CH3)O)70(CH2CH2O)106。(2)将表面活性剂加热溶解于无水乙醇中获得含有表面活性剂的乙醇溶液；将四氯化钛和氯化铈溶解于用一定量的浓盐酸和乙醇配置的溶剂中获得溶胶前驱体；在室温搅拌下将溶胶前驱体缓慢加到含有表面活性剂的乙醇溶液之中，滴加完毕后继续搅拌5～10分钟以使反应物混合更加均匀，此时溶液的pH值小于1，形成透明溶液；(3)将此透明溶液倒入敞口的培养皿中恒温40℃下存放7-14天挥发溶剂、水和盐酸完成钛盐的凝胶过程；(4)将块状凝胶转入箱式电阻炉中，按1℃/分钟升温并在400℃或450℃连续处理6小时脱掉模板剂，得到了中孔的掺杂二氧化钛电流变液分散相材料；(5)将中孔的掺杂二氧化钛电流变颗粒在150℃干燥8小时后与经烘制过的硅油按一定的颗粒/硅油体积比用玛瑙研钵混合均匀，即得到中孔的掺杂二氧化钛电流变液。
全文摘要
本发明涉及一种电流变液材料，特别涉及一种新型的掺杂铈离子中孔二氧化钛电流变液材料。与先前我们用胺类表面活性剂诱导的中孔稀土掺杂改性的二氧化钛电流变液材料相比，本发明选用了聚氧乙烯－聚氧丙烯－聚氧乙烯三嵌段共聚物作模板剂，并采用先进的蒸发诱导自组装技术制备了孔大、壁厚、热稳定性更好的铈离子掺杂的二氧化钛电流变液材料。该材料不仅具有出奇高的力学性能(附图显示了掺杂铈离子的中孔二氧化钛电流变液电流变液屈服应力与电场强度(直流)的关系(31％，25℃))，同时具有更好的热稳定性。
文档编号C10M107/50GK1670142SQ20041002595
公开日2005年9月21日 申请日期2004年3月16日 优先权日2004年3月16日
发明者赵晓鹏, 尹剑波 申请人:西北工业大学