一种各向异性的氧化钛/聚苯胺纳米复合材料电流变液及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种电流变液材料及其制备方法，该电流变液的分散相是由各向异性的花生状氧化钛与包裹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；采用三步法来制备，其制备工艺是先采用水解法制备出单分散氧化钛纳米球，再利用弱酸刻蚀法制备出各向异性的花生状氧化钛，最后采用原位氧化聚合法在各向异性的花生状氧化钛表面上生长出聚苯胺，制备出各向异性的氧化钛/聚苯胺纳米复合材料。所得各向异性的氧化钛/聚苯胺纳米复合材料颗粒形貌独特，为花生状形貌与核壳结构的综合。结合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。附图中显示了各向异性的氧化钛/聚苯胺纳米复合材料电流变液剪切应力与电场强度的关系。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电流变液材料及其制备方法，具体涉及一种各向异性的氧化钛/聚苯胺纳米核壳型复合材料电流变液及其制备方法。
技术介绍
电流变液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。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。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。但该专利技术其力学值偏低、成本高、制备工艺较复杂。本专利技术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。专利技术目的和内容本专利技术的目的是提供一种各向异性的氧化钛/聚苯胺纳米核壳型电流变液材料，其分散相是各向异性的花生状氧化钛与包裹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。本专利技术的目的还在于提供一种制备各向异性的氧化钛/聚苯胺纳米核壳型复合材料的方法，该方法所得纳米复合材料是由各向异性的花生状氧化钛与包裹其上的聚苯胺纳米颗粒复合而成的包覆型纳米复合颗粒，采用三步法来制备。三步法具体包括水解法，弱酸刻蚀法和原位氧化聚合法。其制备工艺是先采用水解法制备出单分散氧化钛纳米球，再利用弱酸刻蚀法制备出各向异性的花生状氧化钛，最后采用原位氧化聚合法在各向异性的花生状氧化钛表面上生长出聚苯胺，制备出各向异性的氧化钛/聚苯胺纳米复合材料。各向异性的氧化钛/聚
苯胺纳米复合材料结合了各向异性和核壳结构的双重优点，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。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：本专利技术所制得电流变液，其分散相是各向异性的花生状氧化钛与包裹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。上述电流变液的制备工艺包括以下步骤：(1)先采用控制水解法制备单分散TiO2，具体过程如下：在一个干净的250mL烧杯中加入150mL的无水乙醇，再加入0.75mL 2×10-3mol/L KCl，搅拌30分钟后迅速加入钛酸四正丁酯(TBT)3mL，快速搅拌10分钟，静置24小时后将制备的TiO2离心，再用乙醇洗涤离心四次后，分散到90mL去离子水中。(2)再采用弱酸刻蚀法制备各向异性氧化钛：将上述所得二氧化钛溶液放入圆底烧瓶中，加入3.0g冰乙酸，60℃回流6h，离心后用去离子水洗涤三次，分散到30mL去离子水中。(3)最后采用原位氧化聚合法制备氧化钛/聚苯胺纳米复合颗粒：首先在100mL高筒烧杯中加入已制备好的30mL TiO2溶液，2.4g冰乙酸，3.0g CTAB以及苯胺(AN)1mL，得到A液。然后称取0.5537g APS，溶解到10mL的蒸馏水中，得B液。将A液和B液放入冰水浴中冷却到5℃以下，在此期间A液处于搅拌状态，3小时后将B液迅速倒入A中，快速搅拌，聚合反应进行0.5h，然后离心洗涤若干次，得到样品60℃下干燥过夜。(4)各项异性氧化钛/聚苯胺纳米复合材料与硅油组成的电流液的制备步骤如下：将得到的各向异性二氧化钛/聚苯胺纳米复合材料在1M NH3·H2O溶液中浸泡进行去掺杂，使得材料的电导率下降。浸泡过的复合颗粒用去离子水和无水乙醇清洗三遍，然后放入烘箱中，80℃干燥12h。将最终得到的氧化钛/聚苯胺复合材料混合硅油，最终制成颗粒质量分数为20wt％(粒子的质量分数是粒子的质量与总质量的比值)的电流变悬浮液。本专利技术采用三步法工艺，依次为水解法，弱酸刻蚀法和原位氧化聚合法相结合的制备方法。以钛酸四正丁酯、苯胺、过硫酸铵等为原料，十六烷基三甲基溴化铵CTAB做表面活性剂，制备各向异性的氧化钛/聚苯胺纳米核壳型复合颗粒。制备的原理是先采用水解法制备出单分散氧化钛纳米球，再利用弱酸刻蚀法制备出各向异性的花生状氧化钛，最后采用原位氧化聚合法在各向异性的花生状氧化钛表面原位包覆聚苯胺，制备出各向异性的氧化钛/聚苯胺纳米复合材料。本专利技术与现有技术相比，具有以下显著的技术优点：1、本专利技术制备方法采用水解法，弱酸刻蚀法和原位氧化聚合法相结合的制备工艺。所得氧化钛具有花生状各向异性的形貌，再由聚苯胺纳米颗粒复合形成包覆型纳米复合颗粒，制备的纳米复合颗粒具有明显的核壳结构，因而综合了花生状各向异性结构与核壳型包覆结构的双重优点，具有独特性。2、由该材料与甲基硅油配制的电流变液既具有高的力学值，宽的工作温区和较好的抗沉降性，又降低了电流变液的成本，反应过程易于控制，无毒无害，对设备无特殊要求。充分
发挥了无机/有机纳米复合材料的特长，是一种综合性能优良的电流变材料。制备工艺简单，原料易得，组分与性能易于控制，产品无毒无害，易于工业化生产和广泛应用。附图说明图1单分散球形二氧化钛的扫描照片。图2酸刻蚀后得到的各向异性氧化钛扫描电镜图像。图3 1mL苯胺用量下制得的各向异性氧化钛/聚苯胺纳米复合材料的扫描照片。图4 1.5mL苯胺用量下制得的各向异性氧化钛/聚苯胺纳米复合材料的扫描照片。图5 2mL苯胺用量下制得的各向异性氧化钛/聚苯胺纳米复合材料的扫描照片。图6各向异性氧化钛/聚苯胺纳米复合材料的透射照片图7各向异性氧化钛，纯聚苯胺，各向异性氧化钛/聚苯胺的XRD图谱。图8各向异性氧化钛/聚苯胺复合粒子在不同电场强度下剪切应力与剪切速率关系图。具体实施方式实施例一(单分散球形二氧化钛粒子的制备)：在一个干净的250mL烧杯中加入150mL的无水乙醇，再加入0.75mL 2×10-3mol/L KCl，搅拌30分钟后迅速加入钛酸四正丁酯(TBT)3mL，快速搅拌10分钟，静置24小时后将制备的TiO2离心，再用乙醇洗涤离心四次后，分散到90mL去离子水中。通过控制水解法制备的球形二氧化钛的扫描电镜照片如图1所示。从图1可以看出，这种方法得到的二氧化态是球型的，表面光滑，分散性好，大小均匀，球的直径大约是400–500nm，属亚微米级。实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流变液，其特征在于，该材料的分散相为各向异性的氧化钛/聚苯胺纳米核壳型复合材料电流变液，连续相基液为二甲基硅油。

【技术特征摘要】
1.一种电流变液，其特征在于，该材料的分散相为各向异性的氧化钛/聚苯胺纳米核壳型复合材料电流变液，连续相基液为二甲基硅油。2.如权利要求1所述的电流变液，其特征在于，该电流变液分散相是采用三步法来制备,先采用水解法制备出单分散氧化钛纳米球，再利用弱酸刻蚀法制备出各向异性的花生状氧化钛，最后采用原位氧化聚合法在各向异性的花生状氧化钛表面上生长出聚苯胺，制备出各向异性的氧化钛/聚苯胺纳米复合材料。3.如权利要求1所述的电流变液，其特征在于，该电流变液分散相是由各向异性的花生状氧化钛与包裹其上的聚苯胺纳米颗粒复合而成的包覆型纳米复合材料，连续相为二甲基硅油；综合了花生状各向异性结构与核壳型包覆结构的特点。4.如权利要求1所述的电流变液，其特征在于，所述电流变液的制备工艺包括以下步骤：(1)在一个干净的250mL烧杯中加入150mL的无水乙醇，再加入0.75mL 2×10-3mol/L KCl，搅拌30分钟后迅速加入钛酸四正丁酯3mL，快速搅拌10分钟，静置24小时后将...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宝祥，田晓莉，何凯，王成伟，温晴锟，于寿山，郝春成，陈克正，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37