巨电流变液及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种巨电流变液及其制备方法，该巨电流变液包括：由尿素包被的金属盐纳米复合颗粒；分散剂，分散剂的分子包含亲水端和亲油端；和绝缘基液。其中，金属盐纳米复合颗粒悬浮于绝缘基液中，分散剂的分子吸附于金属盐纳米复合颗粒和绝缘基液构成的固液界面，且亲水端趋向于吸附在金属盐纳米复合颗粒表面，亲油端趋向于延伸至绝缘基液。通过添加两亲性分散剂，使得团聚颗粒的粒径显著减小，进而提高抗沉降性，有效阻止纳米颗粒的板结，从而提高巨电流变液的稳定性，并且有效改善巨电流变液的耐击穿性能。

Giant electrorheological fluid and its preparation method

The present invention provides a mega - electrorheological fluid and a method for its preparation. The mega - rheological fluid includes: metal salt nanocomposite particles coated with urea; dispersant, dispersant molecule containing hydrophilic end and oil parent; and insulating base liquid. Among them, the metal salt nanocomposite particles are suspended in the insulating base liquid, and the molecules of the dispersant are adsorbed on the solid-liquid interface formed by the metal salt nanocomposite particles and the insulating base liquid, and the hydrophilic end tends to be adsorbed on the surface of the metal salt nanocomposite particles, and the oil Pro ends tend to extend to the insulating base liquid. By adding two amphiphilic dispersants, the particle size of the agglomeration particles is significantly reduced, then the anti settling property is improved, the nano particles are effectively blocked, the stability of the MEG is improved, and the resistance to the mega - rheological fluid can be effectively improved.

【技术实现步骤摘要】
巨电流变液及其制备方法
本专利技术涉及电流变液材料领域，具体涉及一种巨电流变液及其制备方法。
技术介绍
电流变液(ElectrorheologicalFluids)简称ER液，是由低电导率高介电常数的微纳固体颗粒分散于低介电常数的绝缘液体中制备而成。通常状态下是悬浮液，在电场作用下可发生液固转变。具体而言，在施加1-5kV/mm的电场时，ER液表现出类似固体的性质，例如能够传递剪切应力；由类似液体的性质到类似固体的性质的转变时间约为1-10ms，并且这种状态转变在撤去电场时是可逆的。这种现象被称为ER效应。巨电流变液是对固体颗粒经过改性后制得的具有强ER效应的新型智能材料。巨电流变液可以满足工业应用的需求，应用于阻尼器、减震器、离合器、液压制动器和控制阀等器件。现有的巨电流变液有如下缺陷：(1)巨电流变液中固体颗粒的密度为2.3g/cm3以上，而绝缘基液的密度为0.7～1g/cm3，两者密度差异较大，久置后会发生沉降，固液分离以及固体颗粒的板结。严重阻碍了巨电流变液阻尼器、减震器、离合器、液压制动器和控制阀等中的应用。(2)由于巨电流变液中的纳米固体颗粒尺寸较小，故具有较大的比表面积和表面能，易于发生团聚，形成较大的团聚颗粒，进一步加大了沉降速率。(3)巨电流变液的再分散性差。由于纳米固体颗粒具有较大的比表面积和表面能，一旦发生团聚就很难再将团聚颗粒分散开来。因而，巨电流变液一旦发生团聚、沉降、板结后需要长时间的搅拌、振荡才可以将其再次分散。(4)巨电流变液的电流密度过高，在高电场或是高温状态下极易发生击穿，影响巨电流变器件的正常运作，缩短巨电流变器件的使用寿命。同时，较高的电流密度意味更高的能耗。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种巨电流变液及其制备方法，旨在克服现有技术中的至少一点不足。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术提供一种巨电流变液，包括：由尿素包被的金属盐纳米复合颗粒；分散剂，所述分散剂的分子包含亲水端和亲油端；和绝缘基液；其中，所述金属盐纳米复合颗粒悬浮于所述绝缘基液中，所述分散剂的分子吸附于所述金属盐纳米复合颗粒和所述绝缘基液构成的固液界面，且所述亲水端趋向于吸附在所述金属盐纳米复合颗粒表面，所述亲油端趋向于延伸至所述绝缘基液。进一步的，所述分散剂为有机硅聚醚和笼型聚倍半氧硅烷中的一种或两种的组合。进一步的，所述分散剂占所述巨电流变液的质量分数为0.1-0.8％。进一步的，所述分散剂占所述巨电流变液的质量分数为0.2-0.4％。进一步的，单个所述金属盐纳米复合颗粒平均粒径范围为20nm-450nm；悬浮于所述绝缘基液中的所述金属盐纳米复合颗粒的团聚颗粒的平均粒径范围为500nm-1800nm。进一步的，所述金属盐纳米复合颗粒占所述巨电流变液的质量分数为60～70％，所述金属盐纳米复合颗粒在所述巨电流变液中的分散密度为2×1011～3×1011个/cm3。另一方面，本专利技术提供一种巨电流变液的制备方法，包括以下步骤：将由尿素包被的金属盐纳米复合颗粒和绝缘基液进行混合，以获得初步分散的悬浮液；向所述初步分散的悬浮液加入分散剂，所述分散剂的分子包含亲水端和亲油端；对加入了分散剂的悬浮液进行混合，使得所述金属盐纳米复合颗粒悬浮于所述绝缘基液中，所述分散剂的分子吸附于所述金属盐纳米复合颗粒和所述绝缘基液构成的固液界面，且所述亲水端趋向于吸附在所述金属盐纳米复合颗粒表面，所述亲油端趋向于延伸至所述绝缘基液。进一步的，所述分散剂为有机硅聚醚和笼型聚倍半氧硅烷中的一种或两种的组合。进一步的，所述分散剂占所述巨电流变液的质量分数为0.1-0.8％。进一步的，所述分散剂占所述巨电流变液的质量分数为0.2-0.4％。进一步的，所述由尿素包被的金属盐纳米复合颗粒和绝缘基液通过球磨的方式进行混合，以获得所述初步分散的悬浮液；和对所述加入了分散剂的悬浮液进行球磨混合。相对于现有技术，本专利技术具有以下优势：(1)通过在巨电流变液中添加具有两亲性的分散剂，在分子维度，分散剂分子吸附到尿素包被的金属盐纳米复合颗粒和绝缘基液的固液界面，产生空间位阻效应，使得纳米颗粒间不易发生团聚，增强纳米颗粒的分散性。(2)通过添加两亲性分散剂，使得团聚颗粒的粒径显著减小，进而提高抗沉降性，有效阻止纳米颗粒的板结，从而提高巨电流变液的稳定性。(3)通过添加适量的两亲性分散剂，显著降低电流变液工作时的电流密度，电流密度相对于未使用分散剂情况下的50％，降低50％的能耗，同时大大提升巨电流变液的耐击穿性能。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为根据本专利技术实施例的巨电流变液的各组分结构示意图；图2(a)为通过纳米粒度仪测量的加入根据本专利技术实施例的两种分散剂后以及未添加分散剂的巨电流变液中团聚颗粒的平均粒径图；图2(b)为通过多重光散射仪测量的加入根据本专利技术实施例的两种分散剂后以及未添加分散剂的巨电流变液中团聚颗粒的平均粒径曲线图；图3为加入根据本专利技术实施例的两种分散剂后以及未添加分散剂的巨电流变液的沉降率曲线图；图4为电场为5kV/mm时根据本专利技术实施例的巨电流变液的电流密度随分散剂添加量增加的变化曲线。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。本专利技术实施例提供一种巨电流变液。该巨电流变液包括：由尿素包被的金属盐纳米复合颗粒、分散剂以及绝缘基液。其中，金属盐纳米复合颗粒悬浮于绝缘基液中形成悬浮液。图1为根据本专利技术实施例的巨电流变液的各组分结构示意图。如图1所示，尿素作为包被层包裹在金属纳米复合颗粒的表面。在本实施例中，金属盐纳米复合颗粒可以是钛氧基草酸钡、钛氧基草酸钙、二氧化钛等。通过尿素包被金属盐纳米复合颗粒，得到低电导率高介电常数的纳米颗粒，实验证明，由这样的复合颗粒制得的电流变液，当纳米颗粒占巨电流变液的质量分数为66.67％时，5kV/mm的电场下可获得80kPa以上的屈服强度。在本专利技术实施例中，尿素包被金属盐纳米复合颗粒选取BTRU(尿素包裹的钛氧基草酸钡颗粒)为例进行说明及进行各项实验测试。在本专利技术实施例中，绝缘基液可以是矿物油、合成油、硅油、调和油、植物油、变压器油等绝缘液体中的一种或多种的组合。金属盐纳米复合颗粒占巨电流变液的质量分数为60～70％。本专利技术实施例中的分散剂为高分子化合物，其分子包含亲水端和亲油端，如图1所示。分散剂的分子吸附于金属盐纳米复合颗粒和绝缘基液构成的固液界面。由于分散剂具有两亲性，其亲水端趋向于吸附在金属盐纳米复合颗粒表面，亲油端趋向于延伸至绝缘基液中。由于空间位阻效应作用，使得纳米颗粒间不易发生团聚，增强纳米颗粒的分散性。在本实施例中，尿素包被的金属盐纳米复合颗粒占巨电流变液的质量分数为66.67％。添加质量分数为0.4％的分散剂后，金属盐纳米复合颗粒在巨电流变液中的分散密度约为2.05×1011个/cm3。作为对比，未添加分散剂的情况下，金属盐纳米复合颗粒在巨电流变液中的分散密度约为1.24×1011个/cm3。由此可见，添加根据本专利技术实施例的两亲性分散剂，可显著增强纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种巨电流变液，其特征在于，包括：由尿素包被的金属盐纳米复合颗粒；分散剂，所述分散剂的分子包含亲水端和亲油端；和绝缘基液；其中，所述金属盐纳米复合颗粒悬浮于所述绝缘基液中，所述分散剂的分子吸附于所述金属盐纳米复合颗粒和所述绝缘基液构成的固液界面，且所述亲水端趋向于吸附在所述金属盐纳米复合颗粒表面，所述亲油端趋向于延伸至所述绝缘基液。

【技术特征摘要】
1.一种巨电流变液，其特征在于，包括：由尿素包被的金属盐纳米复合颗粒；分散剂，所述分散剂的分子包含亲水端和亲油端；和绝缘基液；其中，所述金属盐纳米复合颗粒悬浮于所述绝缘基液中，所述分散剂的分子吸附于所述金属盐纳米复合颗粒和所述绝缘基液构成的固液界面，且所述亲水端趋向于吸附在所述金属盐纳米复合颗粒表面，所述亲油端趋向于延伸至所述绝缘基液。2.根据权利要求1所述的巨电流变液，其特征在于，所述分散剂为有机硅聚醚和笼型聚倍半氧硅烷中的一种或两种的组合。3.根据权利要求2所述的巨电流变液，其特征在于：所述分散剂占所述巨电流变液的质量分数为0.1-0.8％。4.根据权利要求3所述的巨电流变液，其特征在于，所述分散剂占所述巨电流变液的质量分数为0.2-0.4％。5.根据权利要求4所述的巨电流变液，其特征在于，单个所述金属盐纳米复合颗粒的平均粒径范围为20nm-450nm；悬浮于所述绝缘基液中的所述金属盐纳米复合颗粒的团聚颗粒的平均粒径范围为500nm-1800nm。6.根据权利要求4所述的巨电流变液，其特征在于，所述金属盐纳米复合颗粒占所述巨电流变液的质量分数为60～70％，所述金属盐纳米复合颗粒在所述巨电流变液中的分散密度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：巫金波，温维佳，徐志超，方雅莹，张萌颖，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31