[发明专利]一种空心球电流变液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空心球电流变液材料及其制备方法，具体涉及一种多省并醌类聚合物空心球的电流变液材料及其制备方法。

背景技术

电流变液(Electrorheological Fluids简称ERF)是一种重要的智能材料，它通常是由高介电常数、低电导率的固体颗粒分散于低介电常数的绝缘油中而形成的悬浮体系。它具有受控变化的品质，其屈服应力、弹性模量随外加电场的变化而变化。电流变液在在减振、机械传动、自控、机电一体化、微驱动等领域具有巨大的应用前景。但是由于在使用过程中存在着一些不足，如颗粒的沉降，屈服应力不高，颗粒对器件的磨损，温度效应太差导致工作温区狭窄等问题，限制了它的广泛应用。电流变颗粒是一种可极化颗粒，按照介电极化模型，具有高介电常数的固体颗粒在加上电场后产生强烈的极化，发生迁移，形成纤维状链，进而排列成柱状链，因而在剪切作用下具有抗剪的性能，类似于固体的性质。颗粒的形状会对电流变的性能产生巨大的影响。微米颗粒电流变液的最大的应用阻碍来自于其较差的抗沉降性能；而纳米颗粒电流变液由于其较高的力学值和良好的抗沉降性能受到了越来越多的关注。因此，在微米结构上修饰的纳米结构能够得到一种微米/纳米包覆结构材料，可以同时兼有微米和纳米颗粒的双重优点，配制的电流变液的力学及剪切性能也比微米颗粒电流变液有了较大提高。而空心化不仅可以降低材料的密度，提高电流变液的抗沉降性，而且空心结构可以增加材料的表面和界面面积，大幅改善介电性能，从而根本上提高电流变效应。

导电高分子是指本身或经过掺杂以后具有导电能力的一类聚合物。20世纪60年代，波尔等首先合成了半导体聚合物，但实际引起人们的注意，把有机聚合物作为导电材料的研究是在20世纪70年代，从那时起人们开始关注无序材料和有机材料。导电高分子聚合物是由分子量较高的化合物构成的材料，包括塑料、橡胶、化学纤维等。它们在使用时存在电磁干扰、静电积聚等危害，例如机器设计生产过程中由导电高分子聚合物摩擦和分离产生的静电可致使生产停顿。随着电路尺寸设计越来越精细，所产生的静电灵敏度会影响器件的精准度，因此限制了导电高分子的发展。基于导电高分子结合了有机导体的优势，既有优良的物化性质，又有潜在的应用。人们开始把兴趣投向研究导电聚合物的纳米结构(如纳米棒、纳米管、纳米线、纳米管等)，因为它们结合了有机导体的低维系统，具有很好的物化性能，从而具有潜在的实用价值。随后又陆续发现了聚吡咯、聚对苯撑、聚苯硫醚、聚噻吩、聚苯胺等导电高分子，这些聚合物都有一个较长的共轭主链，大多具有半导体性质，进行掺杂可使其电导率接近于金属电导率。导电高分子主要作为电极使用，在传感器、分子导线、分子器件、金属防腐以及电磁屏蔽上有着广泛应用。

多省并醌类聚合物(PAQR)是一类特殊的结构型导电高分子材料，它是由芳环或者杂芳环与酸酐在路易斯酸的催化下缩聚而成的一种不溶不熔的共轭结构的刚性聚合物。常用的反应单体主要有蒽、蒽醌、紫蒽酮、吡啶、芘、四溴酸酐、四氯酸酐、均苯四甲酸酐等。ＰＡＱＲ本身就具有导电性，不需要经过掺杂等处理，纯PAQR聚合物的电导率可以高达100S/m，介电常数高达300,000，这也是它区别于其它介电材料的显著特点。PAQR聚合物的特殊性在与它既具有半导电的性质，又具有很高的介电常数，在传感器、天然能源利用方面有重要的应用前景。南京大学专利CN20051821304A利用PAQR聚合物作为高介电常数填料，同高分子基体材料合成了稳定、易加工的高介电常数复合材料，可用于超高容量电容器、仿真器件、天然能源利用等领域。经过大量研究发现，在PAQR聚合物中除了存在电子极化、偶极子极化、离子位移极化、松弛极化外，还存在游动极化形式。游动极化，是在外加电场的作用下自由载流子沿着共轭聚合物中较大的离域长程区域内瞬时定向移动而形成的。PAQR聚合物的介电常数强烈依赖外电场的频率，因而限制其在高频时的应用，加之PAQR聚合物具有不溶不熔的缺点，对其应用具有一定的局限性。

发明目的和内容

本发明的目的是提供一种新颖的多省并醌类聚合物空心球电流变液材料，其分散相是多省并醌类聚合物空心球，连续相为二甲基硅油。