專利名稱：一種土豆膨脹淀粉碳化的多孔碳電流變液材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電流變液材料，特別涉及一種土豆膨脹淀粉碳化的多孔碳電流變液材料。
技術(shù)背景電流變液是一類智能型的軟物質(zhì)，它通常是由高介電常數(shù)、低電導(dǎo)率的固體顆粒分散于 低介電常數(shù)的絕緣油中形成的懸浮體系。由于電流變液具有一些優(yōu)異的性能，使其在減震器、 離合器、阻尼器、驅(qū)動(dòng)器、無(wú)級(jí)調(diào)速等裝置中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。普遍認(rèn)為，電流變效應(yīng) 受控于顆粒的性質(zhì)，其中主要包括顆粒幾何參數(shù)(如尺寸與形貌)和物理性質(zhì)(介電與電導(dǎo) 特性)。很多無(wú)機(jī)和有機(jī)高分子材料作為電流變液分散相被廣泛研究。多孔材料由于其自身的 孔結(jié)構(gòu)而較易獲得良好的抗沉降性能和較優(yōu)的電流變效應(yīng)。但是，碳材料電流變液因其電導(dǎo) 率和介電行為的控制困難等缺點(diǎn)并未獲得更進(jìn)一步的研究。傳統(tǒng)的應(yīng)用無(wú)機(jī)多孔模板合成多孔碳材料的方法雖能制備高度有序的孔結(jié)構(gòu)，但是，這 種方法存在模板合成困難、成本高且去除較難等問(wèn)題。因此，發(fā)展有機(jī)高分子自組裝模板或 利用分子的自身結(jié)構(gòu)來(lái)合成多孔碳材料已受到越來(lái)越多的研究和重視。加熱淀粉與水的混和 液(淀粉乳)時(shí)，淀粉顆粒中的無(wú)定形區(qū)吸水膨脹，變成半透明的粘稠糊狀，稱為糊化。此 時(shí)淀粉顆粒中結(jié)晶相和無(wú)定形相間的氫鍵斷裂，微晶束解體成碎片。淀粉糊在低溫下靜置會(huì) 變?yōu)槟z體，稱為淀粉的回生或老化。此時(shí)顆粒中直、支鏈平行排列以氫鍵重新組成微晶束， 與原來(lái)的結(jié)構(gòu)相似，但此時(shí)分子間締合牢靠且難再溶解。利用淀粉的糊化和老化性質(zhì)，制備 的膨脹淀粉具有的介孔結(jié)構(gòu)可作為多孔模板，進(jìn)一步熱處理得到多孔碳材料。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種土豆膨脹淀粉碳化的多孔碳電流變液材料，該電 流變液材料的分散相為土豆膨脹淀粉碳化的多孔碳顆粒，連續(xù)相為甲基硅油。分散相采用不 同溫度碳化的土豆膨脹淀粉得到，其平均孔徑范圍為1.8-2.2nm，比表面積范圍為 275.5-628.7m2/g，密度范圍0.88-0.97g/cm3。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明利用淀粉的糊化和老化性質(zhì)，制備膨脹淀粉，再通過(guò)控制不同 的碳化溫度得到不同孔結(jié)構(gòu)的多孔碳材料。這種多孔碳電流變液由于分散相的多孔結(jié)構(gòu)和較 小的密度而能夠獲得較好的抗沉降性能。同時(shí)，通過(guò)不同的溫度煅燒，可以使得多孔碳電流變液材料的結(jié)構(gòu)和介電性能得到調(diào)節(jié)，從而具有不同的電流變效應(yīng)。 本發(fā)明方法的制備步驟如下(1) 將10g土豆淀粉和50g去離子水混合攪拌，待分散完全后在10(TC恒溫反應(yīng)4h;反 應(yīng)完成后得到半透明凝膠狀產(chǎn)物，將其置于5'C下冷藏3d;將冷藏后產(chǎn)物用無(wú)水乙醇50ml 浸泡洗滌2h，再于真空干燥箱內(nèi)6(TC下真空干燥12h，即得到白色的土豆膨脹淀粉顆粒；(2) 稱取85mg對(duì)甲基苯磺酸溶于50ml無(wú)水乙醇中，加入5g土豆膨脹淀粉，攪拌反應(yīng) 12h，將乙醇蒸發(fā)得到白色的疏松粉體，該粉體置于真空干燥箱內(nèi)于60'C下真空干燥6h;(3) 將己催化處理的土豆膨脹淀粉置于陶瓷瓷舟中，在流量為100ml/min的氮?dú)鈿夥障?于管式爐中煅燒5h，即制得黑色的多孔碳材料；(4) 將粉末狀的多孔碳顆粒與甲基硅油按照顆粒/硅油體積比為1: 9混合，在瑪瑙研缽 中研磨均勻，即制得土豆膨脹淀粉碳化的多孔碳電流變液。該制備方法簡(jiǎn)單易操作、成本低且重復(fù)性好。制備得到的多孔碳電流變液材料的孔結(jié)構(gòu) 和介電性能隨不同的煅燒溫度，發(fā)生較大的改變。由此材料配制的電流變液由于分散相的多 孔結(jié)構(gòu)具有抗沉降優(yōu)良的性能。不同碳化處理溫度下的多孔碳顆粒電流變液由于其孔結(jié)構(gòu)和 介電性質(zhì)的差異而具有不同的電流變效應(yīng)。


圖l為土豆膨脹淀粉、IOO'C、 350'C和500。C碳化的多孔碳材料的BET比表面積、平均 孔徑和密度表圖2為10(TC、 350°C、 50(TC碳化的多孔碳電流變液(10vol%)的介電常數(shù)與頻率的關(guān) 系(25°C)圖3為10(TC、 350°C、 500'C碳化的多孔碳電流變液(10vol%)的介電損耗與頻率的關(guān) 系(25°C)圖4為IO(TC碳化的多孔碳電流變液(10vol%)的剪切應(yīng)力與剪切速率關(guān)系曲線(25°C) 圖5為35(TC碳化的多孔碳電流變液(10vol%)的剪切應(yīng)力與剪切速率關(guān)系曲線(25°C) 圖6為50(TC碳化的多孔碳電流變液(10 vol%)的剪切應(yīng)力與剪切速率關(guān)系曲線(25°C)具體實(shí)施方式
本發(fā)明所用淀粉為市售土豆淀粉，其他試劑均為分析純。 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明4實(shí)施例一 (土豆膨脹淀粉的制備)將10g 土豆淀粉和50g去離子水混合攪拌，待分散完全后在100。C恒溫反應(yīng)4h。反應(yīng)完 成后得到半透明凝膠狀產(chǎn)物，將其置于5t:下冷藏3d。將冷藏后產(chǎn)物用無(wú)水乙醇50ml浸泡洗 滌2h，再于真空干燥箱內(nèi)60'C下真空干燥12h，即得到白色的土豆膨脹淀粉顆粒。材料命名 為Sp，其孔性能和密度見(jiàn)圖1。實(shí)施例二 (IO(TC碳化的多孔碳電流變液材料)將10g 土豆淀粉和50g去離子水混合攪拌，待分散完全后在IO(TC恒溫反應(yīng)4h。反應(yīng)完 成后得到半透明凝膠狀產(chǎn)物，將其置于5'C下冷藏3d。將冷藏后產(chǎn)物用無(wú)水乙醇50ml浸泡洗 滌2h，再于真空干燥箱內(nèi)60'C下真空干燥12h，即得到白色的土豆膨脹淀粉顆粒；稱取85mg 對(duì)甲基苯磺酸溶于50ml無(wú)水乙醇中，加入5g土豆膨脹淀粉，攪拌反應(yīng)12h，將乙醇蒸發(fā)得 到白色的疏松粉體。該粉體置于真空干燥箱內(nèi)于6(TC下真空干燥6h;將已催化處理的土豆膨 脹淀粉置于陶瓷瓷舟中，在流量為100ml/min的氮?dú)鈿夥障掠诠苁綘t中100'C煅燒5h，即制 得黑色的多孔碳材料。材料命名為CIOO。將粉末狀的多孔碳顆粒C100與甲基硅油按照顆粒/ 硅油體積比為l: 9混合，在瑪瑙研缽中研磨均勻，即制得C100電流變液。其孔性能和密度 見(jiàn)圖l，介電性能見(jiàn)圖2、圖3，圖4為該電流變液剪切應(yīng)力與剪切速率關(guān)系曲線。實(shí)施例三(350'C碳化的多孔碳電流變液材料)將10g 土豆淀粉和50g去離子水混合攪拌，待分散完全后在IO(TC恒溫反應(yīng)4h。反應(yīng)完 成后得到半透明凝膠狀產(chǎn)物，將其置于5'C下冷藏3d。將冷藏后產(chǎn)物用無(wú)水乙醇50ml浸泡洗 滌2h，再于真空干燥箱內(nèi)60'C下真空干燥12h，即得到白色的土豆膨脹淀粉顆粒；稱取85mg 對(duì)甲基苯磺酸溶于50ml無(wú)水乙醇中，加入5g土豆膨脹淀粉，攪拌反應(yīng)12h，將乙醇蒸發(fā)得 到白色的疏松粉體。該粉體置于真空干燥箱內(nèi)于60'C下真空干燥6h;將己催化處理的土豆膨 脹淀粉置于陶瓷瓷舟中，在流量為100ml/min的氮?dú)鈿夥障掠诠苁綘t中35(TC煅燒5h，即制 得黑色的多孔碳材料。材料命名為C350。將粉末狀的多孔碳顆粒C350與甲基硅油按照顆粒/ 硅油體積比為l: 9混合，在瑪瑙研缽中研磨均勻，即制得C350電流變液。其孔性能和密度 見(jiàn)圖l，介電性能見(jiàn)圖2、圖3，圖5為該電流變液剪切應(yīng)力與剪切速率關(guān)系曲線。實(shí)施例四(500r碳化的多孔碳電流變液材料)將10g 土豆淀粉和50g去離子水混合攪拌，待分散完全后在IO(TC恒溫反應(yīng)4h。反應(yīng)完 成后得到半透明凝膠狀產(chǎn)物，將其置于5'C下冷藏3d。將冷藏后產(chǎn)物用無(wú)水乙醇50ml浸泡洗滌2h，再于真空干燥箱內(nèi)60'C下真空干燥12h，即得到白色的土豆膨脹淀粉顆粒；稱取85mg 對(duì)甲基苯磺酸溶于50ml無(wú)水乙醇中，加入5g土豆膨脹淀粉，攪拌反應(yīng)12h，將乙醇蒸發(fā)得 到白色的疏松粉體。該粉體置于真空干燥箱內(nèi)于60'C下真空干燥6h;將已催化處理的土豆膨 脹淀粉置于陶瓷瓷舟中，在流量為100ml/min的氮?dú)鈿夥障掠诠苁綘t中50(TC煅燒5h，即制 得黑色的多孔碳材料。材料命名為C500。將粉末狀的多孔碳顆粒C500與甲基硅油按照顆粒/ 硅油體積比為l: 9混合，在瑪瑙研缽中研磨均勻，即制得C500電流變液。其孔性能和密度 見(jiàn)圖l，介電性能見(jiàn)圖2、圖3，圖6為該電流變液剪切應(yīng)力與剪切速率關(guān)系曲線。
權(quán)利要求
1.一種土豆膨脹淀粉碳化的多孔碳電流變液材料，其分散相為土豆膨脹淀粉碳化的多孔碳顆粒，連續(xù)相為甲基硅油；其主要特征是分散相采用不同溫度碳化的土豆膨脹淀粉得到，其平均孔徑范圍為1.8-2.2nm，比表面積范圍為275.5-628.7m2/g，密度范圍0.88-0.97g/cm3。
2. 如權(quán)利要求l所述一種土豆膨脹淀粉碳化的多孔碳電流變液材料，其特征在于土豆膨脹淀 粉是將土豆淀粉與去離子水按照質(zhì)量比l: 5混合，在100'C恒溫反應(yīng)得到。
3. 如權(quán)利要求l所述一種土豆膨脹淀粉碳化的多孔碳電流變液材料，其特征在于碳化催化劑 對(duì)甲基苯磺酸與土豆膨脹淀粉質(zhì)量比為1: 60，碳化處理溫度在100-500'C之間。
4. 如權(quán)利要求l所述一種土豆膨脹淀粉碳化的多孔碳電流變液材料的制備方法，包括以下步 驟(1) 將10g土豆淀粉和50g去離子水混合攪拌，待分散完全后在100'C恒溫反應(yīng)4h;反 應(yīng)完成后得到半透明凝膠狀產(chǎn)物，將其置于5'C下冷藏3d;將冷藏后產(chǎn)物用無(wú)水乙醇50ml 浸泡洗滌2h，再于真空干燥箱內(nèi)60'C下真空干燥12h，即得到白色的土豆膨脹淀粉顆粒；(2) 稱取85mg對(duì)甲基苯磺酸溶于50ml無(wú)水乙醇中，加入5g土豆膨脹淀粉，攪拌反應(yīng) 12h，將乙醇蒸發(fā)得到白色的疏松粉體，該粉體置于真空干燥箱內(nèi)于6(TC下真空干燥6h;(3) 將已催化處理的土豆膨脹淀粉置于陶瓷瓷舟中，在流量為100ml/min的氮?dú)鈿夥障?于管式爐中煅燒5h，即制得黑色的多孔碳材料；(4) 將粉末狀的多孔碳顆粒與甲基硅油按照顆粒/硅油體積比為1: 9混合，在瑪瑙研缽 中研磨均勻，即制得土豆膨脹淀粉碳化的多孔碳電流變液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種土豆膨脹淀粉碳化的多孔碳電流變液材料，該電流變液材料的分散相為土豆膨脹淀粉碳化的多孔碳顆粒，連續(xù)相為甲基硅油。利用淀粉的糊化和老化性質(zhì)，制備膨脹淀粉，再通過(guò)控制不同的碳化溫度得到不同孔結(jié)構(gòu)的多孔碳材料。這種多孔碳電流變液由于分散相的多孔結(jié)構(gòu)和較小的密度而能夠獲得較好的抗沉降性能。同時(shí)，通過(guò)不同的溫度煅燒，可以使得多孔碳電流變液材料的介電性能得到調(diào)節(jié)，從而具有不同的電流變效應(yīng)。
文檔編號(hào)C10M107/50GK101323808SQ20071001805
公開(kāi)日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2007年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月15日
發(fā)明者喬蔭頗, 趙曉鵬 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)