[发明专利]一种LDH/聚苯胺纳米复合材料电流变液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电流变液材料及其制备方法，具体涉及一种LDH/聚苯胺纳米复合材料电流变液及其制备方法。

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，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切的性能，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，所得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。日本专利JP10121084采用核壳型电流变颗粒，其核为有机高分子，表面包覆无机半导体材料及酞等染料。但该发明其力学值偏低、成本高、制备工艺较复杂。

层状双金属氢氧化物（Layered doubled hydroxides，简称LDHs）是一类典型的阴离子型插层材料，又称为层状双羟基复合金属氢氧化物。由此类化合物插层组装的一系列超分子材料称为层状复合双金属氢氧化物插层类材料。LDHs的主体层板中存在离子键，客体与主体通过静电作用、氢键、范德华力等以有序方式结合。由于具有多元素、多键型的特性，LDHs成为一类新的超分子复合材料。自然界中绝大多数矿物带结构正电荷（如天然的蒙脱土、绿土等），带结构负电荷的非常少，目前尚未发现可供工业应用的带结构负电荷的矿藏资源。因此，对带结构负电荷的LDHs的合成研究成了人们关注的热点。层状双氢氧化物有特殊的微孔及层状结构和物理化学性质（组成结构的可调控性、带电性、阴离子可交换性、热稳定性）且结构中含较多羟基极性基团，与聚合物间通过插层或包覆反应能形成一种新型的层状氢氧化物纳米复合材料，它将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性结合在一起，使其兼具复合材料和纳米材料的优点，因此层状双氢氧化物被认为是制备聚合物/层状化合物纳米复合材料的一种理想的无机组分，广泛地应用于催化、医药、离子交换和吸附、高分子材料及其添加剂等领域。

聚苯胺（PANI）具有优异的物理化学性能、独特掺杂机制和良好的环境稳定性，而且原料廉价易得、合成工艺简便等优点，成为众多科学家们研究最多的一类导电高分子材料和最有可能实现工业化应用的导电高分子。本发明的目的提供一种具有微纳结构的微米/纳米核壳结构材料，可以同时兼有微米和纳米颗粒的双重优点，配制的电流变液具有较高剪切应力值，优良的抗沉淀性能。性能比微米颗粒及纳米颗粒电流变液都有较大提高。采用有机无机纳米复合的方式，既发挥了有机物密度小抗沉淀性好的特点，又利用了无机物极性大，电场响应能力强的特点，充分体现了有机无机纳米复合的优点。制备过程采用共沉淀法和原位聚合法相结合，制备过程简单，易操作。

发明目的和内容

本发明的目的是提供一种新颖的LDH/聚苯胺包覆型纳米复合颗粒电流变液材料，其分散相是由细片状或花瓣状Ni-Al-双金属氢氧化物纳米粒子与生长于其上的聚苯胺纳米颗粒复合而成的包覆型纳米复合颗粒，连续相为二甲基硅油。

本发明的目的还在于提供一种制备纳米双金属氢氧化物/聚苯胺纳米复合材料的方法，该方法所得纳米复合材料是由双金属氢氧化物纳米粒子与负载其上的聚苯胺纳米颗粒复合而成的包覆型纳米复合颗粒，这种纳米复合颗粒采用共沉淀法和原位聚合生长法相结合来制备。采用共沉淀法制备LDHs纳米粒子前驱体过程中，使用多种表面活性剂调节其形貌。在所用表面活性剂中CTAB对Ni-Al双金属氢氧化物的粒子形貌、大小的调控作用效果最好，颗粒粒径约为几十纳米，形态单一均匀，近似为花片状或棒状。Ni-Al双金属氢氧化物的纳米粒子在与聚苯胺结合形成核壳材料后改善了材料的性能，从而使该材料的综合性能，尤其是电流变性能得到优化。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：