高剪切應力、低漏電流密度電流變體智能材料及制備方法技術

本發明專利技術涉及電流變智能材料的技術領域，提供了一種高剪切應力、低漏電流密度電流變體智能材料及制備方法。先在草酸氧鈦鋇粒子表面原位形成聚(1,5

【技術實現步驟摘要】
高剪切應力、低漏電流密度電流變體智能材料及制備方法


[0001]本專利技術涉及電流變智能材料的
，提供了一種高剪切應力、低漏電流密度電流變體智能材料及制備方法。

技術介紹

[0002]電流變體是將可極化介電分散相材料(固體或液體)分散在絕緣基液中形成的智能材料，在外加電場下，電流變體的流變特性能出現幾個數量級的變化，而且這種變化是可逆的、快速響應的。這種特性使得電流變體在一體化智能控制場合具有應用前景，比如自動控制減振器、阻尼器，汽車防抱死制動，機械傳動裝置的離合和制動，流體閥門控制，智能機器人動作控制等。
[0003]電流變體的絕緣基液有硅油、礦物油、植物油、潤滑油等，固體分散相分為無機顆粒(硅鋁酸鹽、鈦酸鋇、鈦酸鉛、二氧化鈦等)和有機聚合物(含極性基團的長鏈或網狀聚合物、半導體高分子)。在電場作用下，顆粒被極化，粒子兩端含有正負電荷，相鄰粒子由于靜電吸引相互連接并排列形成纖維狀的粒子鏈，粒子間強相互作用是導致電流變效應的原因。
[0004]草酸氧鈦鋇粒子表面的羥基、羰基等極性基團有助于提高電流變性能，但其電流變體的剪切應力仍然較低，不能滿足實際應用。后來，人們發現以尿素包覆草酸氧鈦鋇納米粒子具有巨電流變效應，這是由于極性的尿素薄層改善了草酸氧鈦鋇粒子的界面性質，使得相鄰粒子的接觸部分產生很強的局域電場作用，增強了界面極化。然而，尿素不穩定易分解的缺陷限制了這一發現的應用。
[0005]受尿素包覆的啟發，人們開始研究其他材料對草酸氧鈦鋇粒子的表面修飾作用。對于表面修飾草酸氧鈦鋇粒子而言，以下三個因素對其電流變體的性能產生影響：一是修飾層在電場下的極化能力，二是表面修飾粒子與基液的潤濕性，三是修飾層與草酸氧鈦鋇的界面結合。聚苯胺結構中的共軛π鍵在電場作用下可被強烈極化，增強了粒子的界面極化能力，進而增強了粒子間的相互作用力，而且，聚苯胺修飾在草酸氧鈦鋇的無機表面引入了有機鏈段，提高了粒子與油性基液的浸潤性，有利于粒子的分散及運動，這兩方面共同作用使得粒子更容易相互接觸并排列形成致密的鏈狀結構，從而提高剪切應力。并且，聚苯胺結構中的
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NH
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與草酸氧鈦鋇粒子表面的羥基、羰基等形成氫鍵等相互作用，使得修飾層與草酸氧鈦鋇之間具有良好的界面結合，這也有利于電流變性能的提高。可見，聚苯胺不僅物理化學性質穩定，可克服尿素的缺陷，而且其修飾草酸氧鈦鋇粒子可提高電流變性能，提高剪切應力。
[0006]但是，采用聚苯胺對草酸氧鈦鋇粒子進行表面修飾時，由于聚苯胺共軛結構的電子躍遷能力較強，電子在粒子之間躍遷形成電流傳導，導致漏電流密度較大。并且，對于聚苯胺修飾草酸氧鈦鋇粒子電流變體而言，剪切應力越大，意味著粒子鏈的結構越緊密，也就越有利于電流傳導，相應的漏電流密度也越大，因而難以同時滿足高剪切應力和低漏電流密度的應用需求。

技術實現思路

[0007]本專利技術提出一種高剪切應力、低漏電流密度電流變體智能材料及制備方法，以克服聚苯胺修飾草酸氧鈦鋇粒子電流變體的上述缺陷。本專利技術涉及的具體技術方案如下：
[0008]一種高剪切應力、低漏電流密度電流變體智能材料的制備方法，具體制備步驟如下：
[0009]S1.在氬氣保護下，將1,5
?
二氨基蒽醌、高氯酸、過氧化氫加入乙腈中，再加入草酸氧鈦鋇粒子并分散均勻，在攪拌狀態下滴加重鉻酸鉀的飽和水溶液，加熱反應，經抽濾、水洗及真空干燥，得到表面修飾草酸氧鈦鋇粒子；
[0010]S2.在氬氣保護下，將S1產物分散于HCl溶液中，置于冰水浴中，在攪拌狀態下滴加含過硫酸銨的HCl溶液及苯胺甲基三乙氧基硅烷，先冰水浴反應一定時間，再加熱反應一定時間，經抽濾、水洗、乙醇洗滌及真空干燥，得到雙層修飾草酸氧鈦鋇粒子；
[0011]S3.將S2產物、甲基硅油加入瑪瑙研缽中進行充分研磨，得到電流變體智能材料。
[0012]優選的，草酸氧鈦鋇粒子的粒徑為50
?
150nm。
[0013]優選的，S1中，1,5
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二氨基蒽醌、草酸氧鈦鋇、乙腈的質量比為2
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5：100：500。
[0014]優選的，S1中，1,5
?
二氨基蒽醌、高氯酸、過氧化氫、重鉻酸鉀的摩爾比為1：2：2：2。
[0015]優選的，S1中，加熱反應的溫度為32
?
38℃，時間為65
?
70h。
[0016]優選的，S2中，表面修飾草酸氧鈦鋇粒子、過硫酸銨、苯胺甲基三乙氧基硅烷的質量比為100：0.5
?
1：0.6
?
1.2。
[0017]優選的，S2中，HCl溶液的濃度為1mol/L。
[0018]優選的，HCl溶液的總用量為表面修飾草酸氧鈦鋇粒子質量的90
?
110倍。
[0019]優選的，S2中，冰水浴反應的時間為15
?
18h。
[0020]優選的，S2中，加熱反應的溫度為75
?
80℃，時間為20
?
40min。
[0021]優選的，S3中，雙層修飾草酸氧鈦鋇粒子、甲基硅油的質量比為2
?
3：1。
[0022]本專利技術還提供了上述制備方法制備得到的高剪切應力、低漏電流密度電流變體智能材料。
[0023]本專利技術先采用聚(1,5
?
二氨基蒽醌)對草酸氧鈦鋇粒子進行表面修飾，采用化學氧化方法在草酸氧鈦鋇粒子表面原位聚合形成聚(1,5
?
二氨基蒽醌)修飾層。然后，以苯胺甲基三乙氧基硅烷進行二次修飾，分為冰水浴反應過程和加熱反應過程：冰水浴反應過程中，苯胺甲基三乙氧基硅烷的苯胺部分與聚(1,5
?
二氨基蒽醌)中的未反應氨基發生反應，將苯胺甲基三乙氧基硅烷接枝到聚(1,5
?
二氨基蒽醌)修飾層的表面，同時，硅烷逐漸水解形成硅醇；再75
?
80℃加熱反應，該過程通過加熱促進Si
?
O鍵的水解縮合，在聚(1,5
?
二氨基蒽醌)修飾層的表面形成聚硅氧烷修飾層。最后，將得到的雙層修飾草酸氧鈦鋇粒子分散在甲基硅油中，即可。
[0024]本專利技術對草酸氧鈦鋇粒子進行雙層表面修飾，內層為聚(1,5
?
二氨基蒽醌)修飾層，外層為聚硅氧烷修飾層。與采用聚苯胺進行修飾相比，首先，內層聚(1,5
?
二氨基蒽醌)的結構中含有類似聚苯胺的骨架結構以及苯醌基團，具有比聚苯胺更大的π共軛體系，因而電活性更高，在電場下具有更強的界面極化能力，可進一步增強粒子間的相互作用；然后，外層聚硅氧烷與甲基硅油都具有Si
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O
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Si主鏈結構，根據相似相容原理，該外層可進一步提高粒子與甲基硅油之間的浸潤性?？梢?，與采用聚苯胺進行修飾相比，本專利技術的雙層修飾既
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【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種高剪切應力、低漏電流密度電流變體智能材料的制備方法，其特征在于，具體制備步驟如下：S1.在氬氣保護下，將1,5
?
二氨基蒽醌、高氯酸、過氧化氫加入乙腈中，再加入草酸氧鈦鋇粒子并分散均勻，在攪拌狀態下滴加重鉻酸鉀的飽和水溶液，加熱反應，經抽濾、水洗及真空干燥，得到表面修飾草酸氧鈦鋇粒子；1,5
?
二氨基蒽醌、草酸氧鈦鋇、乙腈的質量比為2
?
5：100：500；S2.在氬氣保護下，將S1產物分散于HCl溶液中，置于冰水浴中，在攪拌狀態下滴加含過硫酸銨的HCl溶液及苯胺甲基三乙氧基硅烷，先冰水浴反應一定時間，再加熱反應一定時間，經抽濾、水洗、乙醇洗滌及真空干燥，得到雙層修飾草酸氧鈦鋇粒子；表面修飾草酸氧鈦鋇粒子、過硫酸銨、苯胺甲基三乙氧基硅烷的質量比為100：0.5
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1：0.6
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1.2；S3.將S2產物、甲基硅油加入瑪瑙研缽中進行充分研磨，得到電流變體智能材料；雙層修飾草酸氧鈦鋇粒子、甲基硅油的質量比為2
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3：1。2.根...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張成全，
申請(專利權)人：張成全，
類型：發明
國別省市：