專利名稱：一種表面修飾有二氧化鈦納米線的蒙脫土電流變液材料的制備方法
一種表面修飾有二氧化鈦納米線的蒙脫土電流變液材料的制備方法技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及一種電流變液材料的制備技術(shù)，特別涉及一種表面修飾有二氧化鈦 納米線的蒙脫土電流變液材料的制備方法。
背景技術(shù)：
電流變液是一種智能流體，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)的絕緣油中而形成的懸浮體系。該體系在電場的作用下可在瞬間實現(xiàn)液-固轉(zhuǎn) 變，且這種轉(zhuǎn)變行為具有快速、可逆、可調(diào)控等優(yōu)點，故在自動化、減振器、離合器、阻尼 器、無級調(diào)速裝置及光學(xué)與印刷設(shè)備上有重要的應(yīng)用價值。目前，各種體系的的電流變材料 均被廣泛的研究。早期的研究工作主要集中在含水電流變材料上，此種材料只有在有水存在 的條件下才具有電流變效應(yīng)。由于受到水的影響，用該材料配制的電流變液性能不穩(wěn)定，適 用溫度范圍很窄。隨后研究者們又開發(fā)成功了無水高聚物電流變材料、無機氧化物電流變材 料及摻雜稀土元素的無機電流變材料，這些材料克服了含水電流變材料的部分缺點，但還存 在著力學(xué)值不高、抗沉降性差、制備工藝復(fù)雜或成本高等問題。為了解決這些問題， 一些天 然產(chǎn)物被考慮來制備低成本的電流變液材料，如蒙脫土是一種被廣泛采用的工業(yè)塑料增強劑， 它具有層狀結(jié)構(gòu)并吸附鈉離子，該結(jié)構(gòu)被認為對電流變效應(yīng)會有正面效應(yīng)，然而純的蒙脫土 電流變效應(yīng)不好，這主要是漏電流太大，最近人們發(fā)明了導(dǎo)電聚合物復(fù)合的蒙脫土電流變液 材料，其力學(xué)性能有所提高，然而工藝復(fù)雜、具有毒性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種具有高電流變效應(yīng)的表面修飾有二氧化鈦納米線的蒙脫土電 流變液材料的制備方法，其特征在于通過含有四氯化鈦的水溶液加入到含有鈦酸丁酯和蒙 脫土的芳香烴中水解得到含有蒙脫土/二氧化鈦復(fù)合顆粒的沉淀，進一步將沉淀連同芳香烴溶 液移入高壓釜，在高壓溶劑熱環(huán)境生長得到一種表面修飾有二氧化鈦納米線的蒙脫土電流變 液材料，其中二氧化鈦納米線的直徑約為30-40 nm、長度為300-400 nm，該顆粒與甲基硅油 共同研磨得到電流變液；該制備方法工藝簡單、不通過高溫煅燒、成本低；通過該方法制備 出的具有高電流變效應(yīng)的表面修飾有二氧化鈦納米線的蒙脫土的電流變液的力學(xué)性能優(yōu)良， 電場下的屈服應(yīng)力比純的納米線狀二氧化鈦提高近2倍，而電流密度比純蒙脫土電流變液大大降低。


圖1表面修飾有二氧化鈦納米線的蒙脫土的電鏡照片圖2表面修飾有二氧化鈦納米線的蒙脫土電流變液的剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系圖3表面修飾有二氧化鈦納米線的蒙脫土 (曲線1)、純蒙脫土 (曲線2)、純納米線二氧化鈦(曲線3)電流變液的剪切應(yīng)力與電場強度的關(guān)系圖4表面修飾有二氧化鈦納米線的蒙脫土 (曲線1)、純蒙脫土 (曲線2)、純納米線二氧化 鈦(曲線3)電流變液的電流密度與電場強度的關(guān)系圖5不同蒙脫土含量的表面修飾有二氧化鈦納米線的蒙脫土電流變液的剪切應(yīng)力與剪切速率 的關(guān)系(電場強度二4kV/mm)具體實施方式
選用工業(yè)品鈉基蒙脫土、化學(xué)純鈦酸正丁酯、化學(xué)純四氯化鈦、分析純無水 乙醇、去離子水、作反應(yīng)原料；將四氯化鈦在冰浴條件下滴加到去離子水配制得到1.5摩爾/ 升的四氯化鈦水溶液，將該水溶液在冰箱中陳化一天待用；將給定量的蒙脫土和鈦酸正丁酯 加入到芳香烴中，在室溫下充分攪拌得到分散有蒙脫土的鈦酸正丁酯芳香烴溶液；取給定量 的備用的四氯化鈦水溶液在攪拌條件下滴入分散有蒙脫土的鈦酸正丁酯芳香烴溶液中，室溫 攪拌1小時使鈦酸正丁酯和四氯化鈦水解后靜置，獲得白色沉淀；將白色沉淀連同芳香烴溶 液一起移入高壓釜中，將高壓釜密封并轉(zhuǎn)入設(shè)定溫度為120°C的烘箱中進行溶劑熱處理72小 時，得到白色的表面修飾有二氧化鈦納米線的蒙脫土顆粒；將顆粒用無水乙醇洗滌3次后在 150°C下烘干，干燥顆粒與甲基硅油按一定比例混合均勻，即制得含有表面修飾有二氧化鈦 納米線的蒙脫土顆粒的電流變液。本發(fā)明的實現(xiàn)過程和材料的性能由實施例和

實施例一將四氯化鈦在冰浴條件下滴加到去離子水中配制得到1.5摩爾/升的四氯化鈦水溶液，將 該水溶液在冰箱中陳化一天待用；將2克蒙脫土和6克鈦酸正丁酯加入到30毫升甲苯中，在 室溫下充分攪拌得到分散有蒙脫土的鈦酸正丁酯甲苯溶液；取2克備用的1.5摩爾/升的四氯化鈦水溶液在攪拌條件下滴入分散有蒙脫土的鈦酸正丁酯甲苯溶液中，室溫攪拌1小時使鈦 酸正丁酯和四氯化鈦水解后靜置，獲得白色沉淀；將白色沉淀連同甲苯溶液一起移入高壓釜 中，將高壓釜密封并轉(zhuǎn)入設(shè)定溫度為120。C的烘箱中進行溶劑熱處理72小時，得到白色的表 面修飾有二氧化鈦納米線的蒙脫土顆粒，圖'l是該顆粒的形貌；將顆粒用無水乙醇洗漆3次 后在150。C下烘干，干燥顆粒2.5克與IO毫升甲基硅油混合均勻，即制得含有表面修飾有二 氧化鈦納米線的蒙脫土顆粒的電流變液。電流變液的剪切應(yīng)力在不同電場強度下與切變速率 的關(guān)系如附圖2所示，電流變液的靜態(tài)屈服應(yīng)力與電場強度的關(guān)系如附圖3中的曲線1所示， 電流密度與電場強度的關(guān)系如附圖4中的曲線1所示。 實施例二(純蒙脫土電流變液)將150°C下干燥的蒙脫土顆粒2.5克與10毫升甲基硅油混合均勻，即制得含有蒙脫土 電流變液，電流變液的靜態(tài)屈服應(yīng)力與電場強度的關(guān)系如附圖3中的曲線2所示，電流密度 與電場強度的關(guān)系如附圖4中的曲線2所示。 實施例三(純納米線二氧化鈦電流變液)將四氯化鈦在冰浴條件下滴加到去離子水中配制得到1.5摩爾/升的四氯化鈦水溶液，將 該水溶液在冰箱中陳化一天待用；將6克鈦酸正丁酯加入到30毫升甲苯中，在室溫下充分攪 拌得到鈦酸正丁酯甲苯溶液；取6克備用的1.5摩爾/升的四氯化鈦水溶液在攪拌條件下滴入 鈦酸正丁酯甲苯溶液中，室溫攪拌1小時使鈦酸正丁酯和四氯化鈦水解后靜置，獲得白色沉 淀；將白色沉淀連同甲苯溶液一起移入高壓釜中，將高壓釜密封并轉(zhuǎn)入設(shè)定溫度為120。C的 烘箱中進行溶劑熱處理72小時，得到純納米線二氧化鈦顆粒；將顆粒用無水乙醇洗滌3次后 在150。C下烘干，干燥顆粒2.5克與IO毫升甲基硅油混合均勻，即制得含有純納米線二氧化 鈦顆粒的電流變液。電流變液的靜態(tài)屈服應(yīng)力與電場強度的關(guān)系如附圖3中的曲線3所示， 電流密度與電場強度的關(guān)系如附圖4中的曲線3所示。 實施例四將四氯化鈦在冰浴條件下滴加到去離子水配制得到1.5摩爾/升的四氯化鈦水溶液，將該 水溶液在冰箱中陳化一天待用；將1克蒙脫土和6克鈦酸IH丁酯加入到30毫升甲苯中，在室溫下充分攪拌得到分散有蒙脫土的鈦酸正丁酯甲苯溶液；取2克備用的1.5摩爾/升的四氯化 鈦水溶液在撹拌條件下滴入分散有蒙脫土的鈦酸正丁酯甲苯溶液中，室溫攪拌1小時使鈦酸 正丁酯和四氯化鈦水解后靜置，獲得白色沉淀；將白色沉淀連同甲苯溶液一起移入高壓釜中， 將高壓釜密封并轉(zhuǎn)入設(shè)定溫度為120°C的烘箱中進行溶劑熱處理72小時，得到白色的含有表 面修飾的二氧化鈦納米線的蒙脫土顆粒；將顆粒用無水乙醇洗滌3次后在150°C下烘干，干 燥顆粒2.5克與IO毫升甲基硅油混合均勻，即制得電流變液。該電流變液的剪切應(yīng)力在不同 電場強度下與切變速率的關(guān)系如附圖3中的曲線1所示所示。 實施例五將四氯化鈦在冰浴條件下滴加到去離子水配制得到1.5摩爾/升的四氯化鈦水溶液，將該 水溶液在冰箱中陳化天待用；將4克蒙脫十-和6克鈦酸正丁酯加入到30毫升甲苯中，在室 溫下充分攪拌得到分散有蒙脫土的鈦酸正丁酯甲苯溶液；取給2克備用的1.5摩爾/升的四氯 化鈦水溶液在攪拌條件下滴入分散有蒙脫土的鈦酸正丁酯甲苯溶液中，室溫攪拌1小時使鈦 酸正丁酯和四氯化鈦水解后靜置，獲得白色沉淀；將白色沉淀連同甲苯溶液一起移入高壓釜 中，將高壓釜密封并轉(zhuǎn)入設(shè)定溫度為120。C的烘箱中進行溶劑熱處理72小時，得到白色的含 有表面修飾的二氧化鈦納米線的蒙脫土顆粒；將顆粒用無水乙醇洗滌3次后在150°C下烘干， 干燥顆粒2.5克與IO毫升甲基硅油混合均勻，即制得電流變液。該電流變液的剪切應(yīng)力在不 同電場強度下與切變速率的關(guān)系如附圖3中的曲線3所示。 實施例六將四氯化鈦在冰浴條件下滴加到去離子水配制得到1.5摩爾/升的四氯化鈦水溶液，將該 水溶液在冰箱中陳化一天待用；將2克蒙脫土和6克鈦酸正丁酯加入到30毫升二甲苯中，在 室溫下充分攪拌得到分散有蒙脫土的鈦酸正丁酯二甲苯溶液；取給2克備用的1.5摩爾/升的 四氯化鈦水溶液在攪拌條件下滴入分散有蒙脫土的鈦酸正丁酯二甲苯溶液中，室溫攪拌1小 時使鈦酸正丁酯和四氯化鈦水解后靜置，獲得白色沉淀；將白色沉淀連同二甲苯溶液一起移 入高壓釜中，將高壓釜密封并轉(zhuǎn)入設(shè)定溫度為120。C的烘箱中進行溶劑熱處理72小時，得到 白色的含有表面修飾的二氧化鈦納米線的蒙脫土顆粒;將顆粒用無水乙醇洗滌3次后在150°C6下烘干，干燥顆粒2.5克與IO毫升甲基硅油混合均勻，即制得電流變液。 實施例七
將四氯化鈦在冰浴條件下滴加到去離子水配制得到3摩爾/升的四氯化鈦水溶液，將該 水溶液在冰箱中陳化一天待用；將2克蒙脫土和6克鈦酸正丁酯加入到30毫升苯中，在室溫 下充分攪拌得到分散有蒙脫土的鈦酸TH丁酯苯溶液；取給2克備用的1.5摩爾/升的四氯化鈦 水溶液在攪拌條件下滴入分散有蒙脫土的鈦酸正丁酯苯溶液中，室溫攪拌1小時使鈦酸正丁 酯和四氯化鈦水解后靜置，獲得白色沉淀；將白色沉淀連同苯溶液一起移入高壓釜中，將高 壓釜密封并轉(zhuǎn)入設(shè)定溫度為120°C的烘箱中進行溶劑熱處理72小時，得到白色的含有表面修 飾的二氧化鈦納米線的蒙脫土顆粒；將顆粒用無水乙醇洗滌3次后在150°C下烘干，干燥顆 粒2.5克與IO毫升甲基硅油混合均勻，即制得電流變液。
權(quán)利要求
1.一種表面修飾有二氧化鈦納米線的蒙脫土電流變液材料的制備方法，其特征在于通過含有四氯化鈦的水溶液加入到含有鈦酸丁酯和蒙脫土的芳香烴中水解得到含有蒙脫土/二氧化鈦復(fù)合顆粒的沉淀，進一步將沉淀連同芳香烴溶液移入高壓釜，在高壓溶劑熱環(huán)境生長得到表面被二氧化鈦納米線修飾的蒙脫土電介質(zhì)顆粒，而后該顆粒與甲基硅油共同研磨得到電流變液；
2. 如權(quán)利要求1所述一種表面修飾有二氧化鈦納米線的蒙脫土電流變液材料的制備方法， 其特征在于所選芳香烴可以是苯、甲苯、二甲苯；
3. 如權(quán)利要求1所述一種表面修飾有二氧化鈦納米線的蒙脫土電流變液材料的制備方法， 其特征在于顆粒表面修飾的二氧化鈦呈納米線狀，直徑為30-40 nm，長度為300-400 nm， 二氧化鈦的質(zhì)量百分數(shù)為30% 65%;
4. 如權(quán)利要求1所述一種表面修飾有二氧化鈦納米線的蒙脫土電流變液材料的制備方法， 其特征在于該方法包括以下步驟(1) 選用工業(yè)品鈉基蒙脫土、化學(xué)純鈦酸正丁酯、化學(xué)純四氯化鈦、分析純無水乙醇、 去離子水、作反應(yīng)原料；(2) 將四氯化鈦在冰浴條件下滴加到去離子水配制得到1.5摩爾/升的四氯化鈦水溶液， 將該水溶液在冰箱中陳化一天待用；(3) 將蒙脫土和鈦酸正丁酯加入到芳香烴中，在室溫下充分攪拌得到分散有蒙脫土的 鈦酸正丁酯芳香烴溶液；取由步驟(2)得到的四氯化鈦水溶液在攪拌條件下滴入分散有蒙 脫土的鈦酸正丁酯芳香烴溶液中，室溫攪拌l小時使鈦酸正丁酯和四氯化鈦水解后靜置，獲 得白色沉淀；(4) 將白色沉淀連同芳香烴溶液一起移入高壓釜中，將高壓釜密封并轉(zhuǎn)入設(shè)定溫度為 120°C的烘箱中進行溶劑熱處理72小時，得到白色一種表面修飾有二氧化鈦納米線的蒙脫土 電流變顆粒；(5) 將顆粒用無水乙醇洗滌3次后在150QC下烘干，干燥顆粒與甲基硅油混合均勻， 即制得含有表面修飾有二氧化鈦納米線的蒙脫土電流變液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種表面修飾有二氧化鈦納米線的蒙脫土電流變液材料的制備方法，其特征在于通過含有四氯化鈦的水溶液加入到含有鈦酸丁酯和蒙脫土的芳香烴中水解得到含有蒙脫土/二氧化鈦復(fù)合顆粒的沉淀，進一步將沉淀連同芳香烴溶液移入高壓釜，在高壓溶劑熱環(huán)境生長得到一種表面修飾有二氧化鈦納米線的蒙脫土電流變液材料，其中二氧化鈦納米線的直徑約為30-40nm、長度為300-400nm，該顆粒與甲基硅油共同研磨得到電流變液；方法工藝簡單、不用高溫煅燒、成本低；通過該方法制備出的表面修飾有二氧化鈦納米線的蒙脫土電流變液力學(xué)性能優(yōu)良，電場下的屈服應(yīng)力比純的納米線二氧化鈦提高近2倍(如附圖，其中曲線1為表面修飾有二氧化鈦納米線的蒙脫土電流變液，曲線2為純蒙脫土電流變液，曲線3為納米線二氧化鈦電流變液)，而電流密度比純蒙脫土電流變液大大降低。
文檔編號C10M125/10GK101538504SQ20081001772
公開日2009年9月23日 申請日期2008年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月17日
發(fā)明者向禮琴, 尹劍波, 通 張, 趙曉鵬 申請人:西北工業(yè)大學(xué)