[發明專利]極性分子型電流變液

有效

• 申請號: 200610012255.5
• 申請日: 2006-06-15
• 公開（公告）號: CN101089164A
• 公開（公告）日: 2007-12-19
• 發明（設計）人: 陸坤權;沈容;王學昭
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: C10M171/06
• 分類號: C10M171/06;C10N40/14
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及一種新型的電流變液，特別涉及一種極性分子型電流變液。

背景技術

電流變液(Electrorheological?Fluids)是納米至微米尺寸的顆粒與絕緣液體混合組成的懸浮液，其剪切強度用外電場連續調節，瞬間可由液相變為固相。電流變液在電場作用下剪切強度連續可調、快速響應和可逆轉變的奇特性質，是軟硬程度可調節的智能材料，具有廣泛和重要的應用價值，可以用于離合器、阻尼系統、減震器、制動系統，無級變速、液體閥門、機電耦合控制、機器人等，實現機電一體化智能控制，幾乎所有工業和技術領域，以及軍事上均可廣泛應用。

但自20世紀40年代Winslow發現電流變液至今，電流變液并沒有得到預期的應用，主要原因是其剪切強度較低，一般約為幾kPa，最高為10kPa，漏電流大，抗沉降性低。通常的電流變液工作原理：即在電場作用下，由于顆粒極化發生相互吸引，電流變液的剪切強度隨電場增大而增高。這類基于顆粒極化相互吸引原理的電流變液稱為“普通電流變液”或“介電電流變液”。這類電流變液的剪切屈服強度極限為10kPa(1kV/mm)。這種低剪切強度的電流變液不能達到技術和工業應用的要求。在上世紀90年代末，中國科學院物理研究所研制的表面改性復合鈦酸鍶電流變液(CN1190119)在3kV/mm的電場作用下，剪切屈服強度僅達30kPa。

現有文獻和專利絕大部分是關于傳統電流變液的材料和技術。CN1490388公開了一種表面包覆尿素的鈦酸鋇電流變液，稱之為巨電流變液，其公開了復合顆粒提出保護的是促進劑(promoter)，包括了尿素、丁酰胺、乙酰胺。其靜態屈服強度達130kPa，其原理是基于顆粒表面包覆層的作用，稱之為包覆層飽和極化原理。這種電流變液主要局限是需在顆粒表面進行包覆，所報道的電流變液的電流密度大，在5kV/mm時，電流密度達數百μA/cm²，在低電場時屈服強度低，如2kV/mm時的屈服強度約為30-40kPa，同時鈦酸鋇在120℃左右會發生相變，影響其實際應用。文獻報道一種摻質二氧化鈦電流變液及其制備方法，主要是一種摻質二氧化鈦電流變液。采用溶膠—凝膠法，通過在二氧化鈦中摻質強極性的酰胺類或其衍生物分子，形成微米或納米尺寸的摻質二氧化鈦顆粒，再與甲基硅油配制而成，摻質TiO₂與甲基硅油按體積分數配制成30％電流變液，獲得高屈服強度電流變液。CN1752195公開了一種鈦酸鈣電流變液及其制備方法，主要是無水鈦酸鈣電流變液，是以草酸共沉淀法制備的鈦酸鈣顆粒與二甲基硅油配制而成，具有強電流變效應。鈦酸鈣顆粒與二甲基硅油按體積分數30％配制成的電流變液，其屈服強度可達100kPa以上。但是以上技術所述的電流變液，漏電流較大，制備選材比較局限，不能得到廣泛的應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種克服現有的電流變液剪切強度低、不能滿足工程要求的缺點、克服現有電流變液制備和選材的局限性、剪切強度高、抗沉降性好、漏電流小的極性分子型電流變液。

本發明的極性分子型電流變液，主要由固體顆粒分散相和液體分散介質混合組成，

(1)分散相固體顆粒表面和/或液體分散介質中含有極性分子或極性基團，極性分子或極性基團的偶極矩為0.5～10德拜(Debey)，尺寸為0.1～0.8納米；

(2)分散相固體顆粒為球形或類球形，顆粒尺寸為10～300納米，優選為20～100納米，介電常數大于50；

(3)液體分散介質電導率低于10^-8S/m，介電常數低于10。

本發明所述極性分子或極性基團中起作用的極性鍵選自C＝O、O-H、N-H、F-H、C-OH、C-NO₂、C-H、C-OCH₃、C-NH₂、C-COOH、C-Cl、N＝O中的至少一種。

本發明所述分散相固體顆粒表面的極性分子或極性基團是在分散相固體顆粒的制備過程中添加或保留，或在制備好的顆粒表面上添加或組裝。極性分子或極性基團在分散相中的摩爾分數為0.01～50％。

本發明的極性分子型電流變液，所述液體分散介質中的極性分子或極性基團的摩爾分數為0.1～100％。

本發明的極性分子型電流變液，固體顆粒分散相與液體分散介質充分混合，固體顆粒分散相在電流變液中的體積分數為5～50％。