[发明专利]一种空位主导型巨电流变液及其制备方法

说明书

本发明提供了一种空位主导型巨电流变液，所述空位主导型巨电流变液由介电颗粒和绝缘液体混合配置而成，其中，所述介电颗粒内部和表面均有空位和/或空位组合分布。介电颗粒中存在的空位是产生新型电流变效应的关键因素。本发明采用高能球磨方法使介电颗粒产生大量空位。这种空位主导型巨电流变液剪切屈服强度高，可达数百kPa；抗磨损，经数百小时摩擦，电流变液性能不变；漏电流低(20μA/cm²)；随温度变化小(0‑100摄氏度范围屈服强度变化可小于10％)；剪切强度对电场响应时间快(约为10ms)；抗沉降性好；制备方法简单。这种新型巨电流变液材料出现，可使电流变技术成为现实。

技术领域

本发明属于电流变液材料领域，具体涉及一种空位主导型巨电流变液及其制备方法。

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(约短几倍至一个数量级)；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。

综上所述，在电流变液领域，亟需提供一种具有综合性能优良，可实际应用的巨电流变液材料。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

本发明的目的在于克服现有电流变液性能的缺陷，解决这些电流变液不能实际应用的问题，本发明的空位主导型电流变液是一种新型巨电流变液，还提供了其制备方法。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种空位主导型巨电流变液，所述空位主导型巨电流变液由介电颗粒和绝缘液体混合配置而成，其中，所述介电颗粒内部和/或表面包含空位和/或空位组合；