[发明专利]一种巨电流变液用介电颗粒及其制备方法

说明书

本发明公开了一种巨电流变液用介电颗粒，为纳米核‑壳结构复合材料，以掺杂型二氧化钛为核，表面包覆有极性聚合物；所述掺杂型二氧化钛是在二氧化钛制备过程中掺杂高介电常数有机物制备而成的；其中，二氧化钛占80%～90%，高介电常数有机物占5%～10%，极性聚合物占5%～10%。其制备方法为：⑴在制备纳米二氧化钛时，加入高介电常数有机物，制备掺杂型二氧化钛；⑵通过原位聚合法向掺杂型二氧化钛中加入极性聚合物，获得巨电流变液用介电颗粒。本发明的介电颗粒，具有较高的介电常数、抗沉降性好、颗粒尺寸为纳米级、无污染等特点；将其用于巨电流变液时，具有良好的电流变效应，耐高低温性能良好、长期放置不沉降等优点。

技术领域

本发明涉及一种巨电流变液用介电颗粒及其制备方法，属于新材料技术领域。

背景技术

巨电流变液(GRF)是由介电颗粒均匀悬浮在非导电的连续相中的一类胶体，当对GRF施加一定强度的电场时，其流变性能会立刻发生改变，由液体变为类固体态，当撤消电场时，又立即恢复成原来的液体。在电场中巨电流变液具有以下几个特点：(1)在液体和类固体之间快速转换，即在静态或低剪切速率下表观粘度可发生很大变化，具有固体属性的抗剪切能力；(2)液固之间的转换是可逆的；(3)液固之间的转换是可控的，只需对电场信号予以控制；(4)表观粘度的改变是随着电场强度的变化而连续变化的；(5)液固之间的转换、表观粘度的改变可以在毫秒之内完成，响应速度极高；(6)控制相变的能量极低。这些优异的性能使其成为一种非常有潜力的新型智能材料，可广泛应用于机械工程、汽车行业、航空航天、国防等领域。

电流变效应起源于电场作用下介电颗粒的极化和粒子间的相互作用，所以，电流变液性能的强弱主要由介电颗粒决定。因此，介电颗粒为巨电流变液的重要组成。介电颗粒可以为无机物(如钛酸钡、二氧化钛等)、有机聚合物(如高分子聚合物材料、高分子半导体材料)或复合型材料(如有机物包覆无机物)。用无机物做为介电颗粒时，介电常数较高，但存在密度大、颗粒悬浮稳定性差、质地较硬等缺陷，对电流变器件的磨损较大，剪切强度仍需要进一步提高。用有机聚合物做为介电颗粒时，可以达到很高的剪切强度，但其存在在高电压下漏电流密度较大、高低温稳定性差、对环境污染较严重等缺点。复合型材料较为典型的为核-壳结构，其特点为：高导电核心可以提高颗粒的介电常数，加颗粒的表面电荷，并提供适当的电导率；高介电常数的绝缘外层可以提高材料的耐电场击穿能力并有效地限制表面电荷的运动，同时提高链结构的稳定性及电流变效应越强(剪切强度越大)。

发明内容

针对上述现有技术，一种巨电流变液用介电颗粒及其制备方法

本发明提供了一种可使巨电流变液稳定、抗沉降性能好、剪切强度大、对器件无腐蚀、无污染的巨电流变液用介电颗粒；本发明还提供了其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种巨电流变液用介电颗粒，为纳米核-壳结构复合材料，以掺杂型二氧化钛为核，表面包覆有极性聚合物；所述掺杂型二氧化钛是在二氧化钛制备过程中掺杂高介电常数有机物制备而成的；其中，二氧化钛的质量分数为80％～90％，高介电常数有机物的质量分数为5％～10％，极性聚合物的质量分数为5％～10％。

所述高介电常数有机物选自聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)、聚酰亚胺(PI)中的一种或多种。

所述极性聚合物选自聚丙烯腈、聚对苯二甲酸乙二酯、聚乙烯醇、聚苯胺(PAN)中的一种或多种。

本发明的巨电流变液用介电颗粒，是在掺杂型二氧化钛表面包覆极性聚合物制备而成的；所述掺杂型二氧化钛是在二氧化钛制备过程中掺杂高介电常数有机物制备而成的。

所述巨电流变液用介电颗粒的制备方法，包括以下步骤：

(1)将60～120mL钛酸盐溶于60～120mL无水乙醇中(室温下搅拌30～60min)，记为A液；