[发明专利]一种同核异壳纳米颗粒电流变液及其制备方法

说明书

一种同核异壳纳米颗粒电流变液，其分散相为核壳结构的钛酸纳米管，钛酸纳米管中有10‑50％包覆聚苯胺，50‑90％包覆氧化石墨烯；其中钛酸纳米管微粒的长度为为1‑10μm，长径比为20‑100；所述电流变液中分散相颗粒的质量比为0.5‑20wt％，优选为2‑10wt％。该电流变液具有良好的悬浮稳定性和电流变性能，在电场强度为3kv/mm时动态屈服应力能达到140kPa以上。

技术领域

本发明属于电流变液领域，具体而言涉及一种同核异壳纳米颗粒电流变液及其制备方法。

背景技术

电流变液是由可极化的微纳米尺寸的介电分散相分散在绝缘油中形成的一种智能流体。对其施加电场后，自由分散在基液中的介电颗粒将形成链状结构，这种链状结构中的分散相相互之间在电磁场的作用下互相吸引，形成稳定的柱状结构，此时电流变液的黏度显著增大，流动性逐渐变小，剪切屈服强度逐渐增大，体系由液态变为固态。

电流变液这两种状态的变化是可逆的变化，随着外加电场的撤离，电流变液能够快速恢复为初始状态。电流变液具有毫秒级的响应速率，耗散的能量(相变所需能量)也较低。电流变液的这一优异特性使其在制动系统、机械控制、阻尼系统、显示技术、液体阀门、人工肌肉、机器人等领域存在很大的应用价值。

影响电流变液流变力学性能的因素很多，分散相颗粒的几何形状、导电率，连续相液体的粘度、极性，添加剂都可以影响电流变液的性能。目前研究大多集中在分散体颗粒的改进，常见的改进方法有改变分散体颗粒的形状、改变包覆材料、改进电导率等。

CN101531945A公开了一种棒状钙钛复合物巨电流变液，所述分散相为纳米级的棒状结构的钙钛沉淀复合物颗粒，分散相的浓度为10-75％。得到的巨电流变液初始粘度大，屈服应力大，漏电流密度低。

CN104774675A公开了一种改进的巨电流变液及其制备方法。所述GER液包含：由尿素包被的金属盐纳米复合物；极性分子添加剂；和高润湿性绝缘液；其中所述金属盐纳米复合物悬浮于所述高润湿性绝缘液中。通过添加极性分子添加剂，在电场下GER液的屈服应力提高了超过50％，而电流密度降低至小于原始GER的四分之一。可逆响应时间仍然保持相同，而沉降稳定性得到明显提高。

CN112251269A公开了一种钛酸/二氧化硅核壳型纳米复合颗粒电流变液。该电流变液的分散相是钛酸/二氧化硅纳米复合颗粒。采用两步法制备，先用水热法制备空心管状的钛酸纳米管，再采用控制水解法在钛酸纳米管表面包覆一层二氧化硅膜，形成一种同时具有核壳结构和空心结构的钛酸/二氧化硅纳米复合材料，该材料制备的电流变液具有很好的电流变性能和稳定性。

发明内容

基于电流变液的基本原理，施加外加电场后，自由分散在基液中的介电颗粒将形成链状或柱状结构。而单一种类的微粒由于其微粒形状电导率等性质完全相同，形成的链状结构的微粒排列相对规则，相互之间结合力过于均衡，易被外力打破，不利于提高电流变液的最大剪切强度。本发明提出一种新的混合型电流变液，通过添加两种电导率不同的颗粒，不同的颗粒在电场下交错排列，有利于增强电流变液的剪切强度，对于电流变液的稳定性影响也较小。

本发明公开了一种同核异壳纳米颗粒电流变液，其分散相颗粒为核壳结构的钛酸纳米管，其中钛酸纳米管中有10-50％包覆聚苯胺，50-90％包覆氧化石墨烯；其中钛酸纳米管微粒的长度为1-10μm，长径比为20-100；所述电流变液中分散相颗粒的质量比为0.5-20wt％，优选为2-10wt％。该电流变液具有良好的悬浮稳定性和电流变性能，在电场强度为3kv/mm时动态屈服应力能达到140kPa以上。

所述同核异壳纳米颗粒电流变液的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氧化钛粉末和强碱溶液混合搅拌，在超声波搅拌下充分混合反应，加热到120-150℃反应12-36h，调节pH值到6-8，过滤分离钛酸纳米管。