一种二氧化钛立方空心纳米颗粒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，特别涉及一种二氧化钛立方空心纳米颗粒的电流变液材料。该电流变液的分散相是由二次水热制备而成的立方空心二氧化钛纳米颗粒，连续相为二甲基硅油；其制备工艺是先采用溶剂热法制备出实心立方二氧化钛纳米颗粒作为前驱体，再采用二次水热法使立方体内部空心化，从而制备出立方空心二氧化钛纳米颗粒。所制备的立方空心二氧化钛材料形貌独特，为各向异性的立方空心状。空心化，纳米粒子以及各向异性的形状改善了材料的性能，从而使材料的综合性能，特别是电流变性能得到了很大的优化。附图中显示了立方空心二氧化钛纳米颗粒电流变液剪切应力与电场强度的关系。

A kind of electrorheological fluid of titanium dioxide cubic hollow nanoparticles and its preparation method

The invention relates to an electrorheological fluid material and a preparation method thereof, in particular to an electrorheological fluid material of titanium dioxide cubic hollow nanoparticles. The dispersed phase of the ER fluid is cubic hollow titanium dioxide nanoparticles prepared by secondary hydrothermal method, and the continuous phase is dimethylsilicone oil. The preparation process is to prepare solid cubic titanium dioxide nanoparticles by solvothermal method as the precursor, and then hollow the cubic interior by secondary hydrothermal method, so as to prepare cubic hollow titanium dioxide nanoparticles. The prepared cubic hollow titanium dioxide material has unique morphology and is anisotropic cubic hollow. Hollow, nano particles and anisotropic shape improve the properties of the materials, so that the comprehensive properties of the materials, especially the rheological properties, have been greatly optimized. The relationship between the shear stress and the electric field strength of the ER fluid is shown in the attached figure.

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化钛立方空心纳米颗粒电流变液及其制备方法
本专利技术涉及一种电流变液材料及其制备方法，具体涉及一种二氧化钛立方空心纳米颗粒电流变液及其制备方法。
技术介绍
电流变学是研究分散体系在电场作用下，其屈服应力、模量、粘度等发生突变的学科。电场对分散系所产生的内部架构以及流变性质产生变化的效应被叫做电流变效应。具有电流变效应的分散体系称为电流变液体或者电流变体，被称之为ER液体。通常情况下指它是一种具有两相或者两相以上的悬浮体，施加外加电场时，可以在规定时间内(一般情况下是毫秒)，它的流变性能发生较大的变化，另外，变化是可逆的，如果我们除去电场时，其性能又能恢复，比如：由类固体变回原来的液体。电流变液是一种对电场快速响应的智能材料，通常是由高介电常数的微小颗粒分散在低介电常数的绝缘液体中形成的悬浮体系。这类材料在外加电场的作用下，在两平行电极之间，构造成链状或柱状结构因此材料的流变性能包括剪切应力，弹性模量，剪切粘度等都会发生从液体到类固体的转变，其粘度和剪切强度会快速提高，具有快速可逆的特点。电流变材料因为能耗低，受控变化的品质使其在减振、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。电流变液的流变性能主要来自分散相材料，在众多材料中TiO2被认为是一种极具潜力的电流变分散相材料，具有很多优良性质，比如高的介电常数，制备方法简便多样，原料无毒环保，在电流变材料的制备过程中起着重要的作用。然而TiO2导电性差，密度大容易在硅油体系中迅速沉淀，极化响应不强，这些都束缚了氧化钛电流变材料的研究和发展。本专利技术的目的是提供一种立方空心TiO2纳米颗粒电流变液，其分散相是立方空心的TiO2纳米颗粒，连续相为二甲基硅油。空心盒子状TiO2纳米颗粒具有独特的形貌，扫描电镜和透射电镜结果表明空心盒子状TiO2纳米颗粒为四周完全密封的空心结构，立方盒子由正方形的40-60纳米厚度的纳米片组装形成，整体粒径在400-500nm左右。空心结构纳米二氧化钛粒子综合了多孔，各向异性和纳米结构的优点，形貌独特，有利于界面极化能力的提高，电流变分散相颗粒与连续相硅油的介电失配和电导失配是电流变效应的物理基础，极化能力尤其是界面极化能力的提高能够显著提高电流变响应。采用立方空心结构纳米二氧化钛粒子制备的电流变液，具有电场响应快速、电流变效率高、材料节约、性能易调控等优点。制备工艺为改性的溶剂热法和水热法组合而成，没有添加任何表面活性剂，属于无模板法，绿色环保。以该材料与甲基硅油所配成的电流变液，由于空心盒子颗粒的抗沉性，赋予该电流变液优异的悬浮稳定性，解决了电流变的一大难题。该工艺还可以通过控制反应时间和溶剂比例来调控产物的形貌，尺寸，空心化程度等，可调性强。配制的电流变液具有明显的电流变性能，抗沉降性能好，有优异的悬浮稳定性；通过两步法制备二氧化钛立方空心纳米颗粒，操作简便灵活，无毒无害；配制成的电流变液电流密度很小，温度效应佳，具有极强的电流变效应。本专利技术的目的还在于提供一种溶剂热法和水热法相结合制备空心盒子TiO2纳米颗粒的方法，属于改进的无模板法，通过两步法制备二氧化钛立方空心纳米颗粒，先采用溶剂热法制备出立方实心二氧化钛纳米颗粒，再采用水热法制备出空心立方二氧化钛纳米颗粒；制备工艺简单，原料易得，以该材料与甲基硅油所配成的电流变液具有一些优异的特性，其优异的热稳定和环境稳定性，且兼具抗沉降悬浮稳定性。具备良好的介电和电导可调性，设计复杂的空心结构，有利于提高物理性能，发挥界面效应和尺寸效应。从组成上对于电流变材料提出了新的思路和多功能模板，有利于研究电流变的影响规律，揭示电流变性能的调控机制。这对新型电流变材料开发具有重要的理论和实际意义。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：本专利技术所制备电流变液，其分散相是空心盒子TiO2纳米颗粒，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)在10mL冰醋酸和1.6mL氢氟酸混合溶液中加入5mL钛酸四丁酯，将溶液搅拌10min，然后将溶液放入水热釜中200℃加热12h，自然冷却后用无水乙醇洗涤离心三次后得到实心盒子TiO2纳米颗粒，放入烘箱中65度下12h烘干得到固体粉末；(2)取0.5g上述反应所得的样品加入到20mL水中，搅拌15min，然后将溶液放入水热釜中120度加热3个小时，自然冷却后用无水乙醇洗涤离心三次后得到空心盒子TiO2纳米颗粒，放入烘箱中65度下12h烘干得到固体粉末；(3)将该样品与二甲基硅油按固体颗粒与硅油重量比10wt％配制成电流变液。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二次水热的制备工艺，直接制备空心盒子纳米二氧化钛，制备的纳米颗粒形态单一均匀，尺寸约为几百纳米。2、由该材料与甲基硅油配制的电流变液不仅具有良好的电流变性能，而且工作时电流密度小，制备成本较低，反应过程易于控制，无毒无害，对设备无特殊要求。充分利用了水热法的优势，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1一次溶剂热所得TiO2的扫描电镜图片图2一次溶剂热所得TiO2的透射电镜图片图3一次溶剂热所得TiO2的XRD图图4一次溶剂热所得TiO2纳米颗粒电流变液在不同电场强度下剪切应力与剪切速率的关系图图5二次1h水热所得TiO2的扫描电镜图片图6二次1h水热所得TiO2的透射电镜图片图7二次1h水热所得TiO2的XRD图图8二次1h水热所得TiO2纳米颗粒电流变液在不同电场强度下剪切强度与剪切速率的关系图图9二次3h水热所得TiO2的扫描电镜图片图10二次3h水热所得TiO2的透射电镜图片图11二次3h水热所得TiO2的XRD图图12二次3h水热所得TiO2纳米颗粒电流变液在不同电场强度下剪切强度与剪切速率的关系图图13二次6h水热所得TiO2的扫描电镜图片图14二次6h水热所得TiO2的XRD图图15二次6h水热所得TiO2纳米颗粒电流变液在不同电场强度下剪切强度与剪切速率的关系图具体实施方式实施例一(一次溶剂热法制立方实心二氧化钛纳米颗粒)10mL冰醋酸加入1.6mL氢氟酸，溶液搅拌十分钟，加入5mL钛酸四丁酯，搅拌十五分钟分散均匀，将该溶液加入水热釜中200℃水热12个小时，自然冷却后，用乙醇离心洗涤三次，放入烘箱中65℃下12h烘干得到二氧化钛粉末。所制得的样品扫描电镜和透射电镜如图1、2所示，扫描照片表明所得纳米颗粒形貌均一，均为粒径几百个纳米的立方块；透射照片显示为实心结构。一次水热的XRD图谱如图3所示，在24度左右衍射峰非常强，是纯晶体，符合TiOF的XRD标准PDF卡片。室温下，取0.15g一次TiOF样品置于1.5mL硅油中研磨均匀后得到重量比为10％的电流变液，使用电流变测试仪对样品在施加不同外部电场作用下的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化钛立方空心纳米颗粒电流变液材料，其特征在于，该材料的分散相是一种二氧化钛立方空心纳米颗粒，连续相为二甲基硅油；该电流变液的分散相是由钛酸四丁酯通过二步法制备而成的；该立方空心状纳米二氧化钛形貌独特，为单一均匀空心的立方型纳米颗粒；配制的电流变液具有明显的电流变性能，抗沉降性能好，有优异的悬浮稳定性；通过两步法制备二氧化钛立方空心纳米颗粒，先采用溶剂热法制备出立方实心二氧化钛纳米颗粒，再采用水热法制备出空心立方二氧化钛纳米颗粒；空心结构纳米二氧化钛粒子综合了多孔，各向异性和纳米结构的优点，操作简便灵活，无毒无害；配制成的电流变液电流密度很小，温度效应佳，具有极强的电流变效应。/n

【技术特征摘要】
1.一种二氧化钛立方空心纳米颗粒电流变液材料，其特征在于，该材料的分散相是一种二氧化钛立方空心纳米颗粒，连续相为二甲基硅油；该电流变液的分散相是由钛酸四丁酯通过二步法制备而成的；该立方空心状纳米二氧化钛形貌独特，为单一均匀空心的立方型纳米颗粒；配制的电流变液具有明显的电流变性能，抗沉降性能好，有优异的悬浮稳定性；通过两步法制备二氧化钛立方空心纳米颗粒，先采用溶剂热法制备出立方实心二氧化钛纳米颗粒，再采用水热法制备出空心立方二氧化钛纳米颗粒；空心结构纳米二氧化钛粒子综合了多孔，各向异性和纳米结构的优点，操作简便灵活，无毒无害；配制成的电流变液电流密度很小，温度效应佳，具有极强的电流变效应。


2.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宝祥，李昌昊，何凯，孙纬键，马佳斌，西振宇，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