[发明专利]一种导体微团主导型巨电流变液的制备方法及其巨电流变液

说明书

本发明提供了一种导体微团主导型巨电流变液的制备方法，所述制备方法采用高能球磨方法使导体微团嵌入介电颗粒，所制备的巨电流变液剪切强度高，漏电流小，温度稳定性好，抗磨损，抗沉降性好，综合性能优良。所用制备方法的优点是：步骤简单，效率高，易重复，成本低。本发明为电流变技术发展和实际应用要求的巨电流变液材料制备提供了方法和途径。

技术领域

本发明属于电流变液材料领域，具体涉及一种导体微团主导型巨电流变液的制备方法及其巨电流变液。

背景技术

电流变液(英文为Electrorheological fluid简称为ER fluid)是固体颗粒和绝缘液体混合而成的悬浮液。在外电场作用下，电流变液的剪切强度会随电场增高而增大。当电场强度足够高时，电流变液可以由类液体状态转变为类固态物质。剪切强度变化可以连续、快速调节，响应时间约为10毫秒。电流变液这种软硬可调的智能材料在阻尼、减震、传动、阀门、抛光、机电一体化智能控制等技术和工业领域有广泛应用前景。早在上世纪90年代初，美国能源部的报告就认为电流变技术可以在若干工业技术部门产生革命性影响。然而，适合实际应用的电流变液材料一直没有研究开发成功。

电流变效应发现于1948年，70多年以来，先后发展了两代电流变液材料。第一代电流变液,用固体介电颗粒与绝缘油混合配制而成。其原理是介电颗粒在电场中极化，固体颗粒与油的介电失配而发生相互作用，产生电流变效应，通常称此为介电型电流变液，或传统电流变液。尽管进行了大量不同种类材料的试验，所制备的电流变液屈服强度只可达到几kPa。研究表明，介电型电流变液屈服强度的理论上限约为10kPa，不能达到实际应用的需要。2000年左右发展起来的“巨电流变液”，又称为极性分子型电流变液，是第二代电流变液。采用湿化学方法制备纳米固体颗粒并进行表面包覆或修饰，表面包覆层包含极性分子。这类电流变液的作用原理与传统电流变液有所不同：由于极化颗粒间的局域电场比外加电场高约2-3个数量级，致使颗粒间的表面极性分子沿电场方向发生取向，所引起的相互作用，远大于极化颗粒之间的作用力，电流变液剪切屈服强度可高达数百kPa。但这类电流变液的颗粒表面的包覆或修饰层易受磨损，导致其剪切强度随磨损时间不断下降。磨损试验表明，其剪切屈服强度经约几十小时摩擦即会下降一半。因此，这种极性分子型电流变液(第二代电流变液)也无法实际应用。

与电流变液相对应的另一类材料是磁流变液，通过施加磁场调节其屈服强度，已经在国际上获得较广泛应用。与磁流变液相比，电流变液的优势是：所施加功率低(比磁流变液小约1-2个数量级)；响应时间短(约短一个数量级)；所制作的器件体积小，重量轻(重量轻数倍)：电极形状可变(更便于多种场合应用)；剪切屈服强度可达到数百kPa(磁流变液因磁饱和效应的限制，只可达到约50kPa)。由此可见，若获得可以实际应用的电流变液将会比磁流变液有明显优越性。然而，如上所述，以前数十年来所研制的电流变液或剪切强度低，或易受磨损而失效，均不能投入实际应用。

与磁流变液相比，新型电流变液的缺点是零场粘度较高，不太适宜高速运动的场合使用，需要进一步研究改善。

目前现有技术中，极性分子型电流变液所用制备方法是采用在纳米颗粒上进行包覆。所制备的电流变液原理是包覆的极性分子在颗粒间高局域电场中的取向产生高剪切强度。第二代电流变液(亦称巨电流变液)，强度很高，但由于表面吸附层容易受磨损、脱落而逐渐失去功能，使用寿命很短。这些电流变液不能投入实际使用。还有的现有技术是在固体颗粒中嵌入碳微团，或其他导体微团，制备的电流变液具有高剪切强度，并抗磨损。原理是导体微团在颗粒间强局域电场中诱导的高偶极矩，产生强相互作用，与第一代和第二代电流变液的原理不同。称之为导体微团主导型巨电流变液，这是一类新型电流变液。其用加热方法在固体颗粒中嵌入碳微团，但仅限于碳微团镶嵌，没有嵌入其他导体微团，如金属微团。并且，其难以或无法配制金属微团镶嵌的介电颗粒，所用方法不稳定，效率低，不利于大量制备。

综上所述，在电流变液领域，亟需提供一种具有综合性能好，可实际应用的电流变液材料。而且，制备方法应该效率高，重复性好，成本低，便于投入生产。

发明内容