专利摘要

本发明涉及一种TiO2巨电流变液及其应用，所述TiO2巨电流变液的制备方法包括如下制备步骤：S1：将去离子水和无水乙醇按体积比3:100混合，搅拌，即得A溶液；将钛酸丁酯和无水乙醇按体积比10:100混合，搅拌，即得B溶液；S2：在搅拌下将B溶液加入A溶液中，充分反应后离心、洗涤、干燥即得TiO2颗粒；所述去离子水与钛酸丁酯的体积比为1:5；S3：将S2所得TiO2颗粒在120~200℃下热处理2h；S4：将S3所得TiO2颗粒与硅油混合即得TiO2巨电流变液，所述TiO2巨电流变液中TiO2颗粒的固含量不小于1.0g/mL。本发明提供的TiO2巨电流变液，制备工艺简单，电流变效率高，漏电流密度小，可在较宽的温度范围内使用。在优选条件下，电流变效率高达2000倍，漏电流密度小于20μA/cm2，适宜工业化应用。

权利要求

1.一种TiO2巨电流变液，其特征在于，所述TiO2巨电流变液的制备方法包括如下制备步骤：

S1：将去离子水和无水乙醇按体积比3:100混合，搅拌，即得A溶液；将钛酸丁酯和无水乙醇按体积比10:100混合，搅拌，即得B溶液；

S2：在搅拌下将B溶液加入A溶液中，充分反应后离心、洗涤、干燥即得TiO2颗粒；所述去离子水与钛酸丁酯的体积比为1:5；

S3：将S2所得TiO2颗粒在200℃下热处理2h；

S4：将S3所得TiO2颗粒与硅油混合即得TiO2巨电流变液，所述TiO2巨电流变液中TiO2颗粒的固含量不小于1.0g/mL。

2.根据权利要求1所述TiO2巨电流变液，其特征在于，所述TiO2颗粒的固含量为2.8g/2mL。

3.权利要求1～2任一所述TiO2巨电流变液在汽车工业、机械制造、液压控制工程或航空航天领域中的应用。

说明书

技术领域

本发明属于新型智能材料领域，更具体地，涉及一种TiO2巨电流变液及其应用。

背景技术

金属氧化物TiO2具有较高的介电常数，是一种典型的极具研发潜力的电流变液原材料。但是纯TiO2电流变液的屈服强度很小，无法满足工业化的要求，人们将研究重点放在了对其进行改性上，比较常见的改性方法有掺杂、极性分子包覆、改变比表面积等。这些改性方法都取得了良好的效果，使屈服强度在较低的电场强度下，能够达到100kPa以上，漏电流也控制在合理的范围内，但通过改性的方式来制备TiO2电流变液制备工艺复杂，实验变量多，难以控制；且制备得到的TiO2电流变液的使用温度范围和耐用性都不高，实际工业化应用受到很大限制。

因此，研发一种制备工艺简单，且可实现工业化应用的TiO2电流变液具有重大的研究价值和意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中TiO2电流变液制备工艺复杂、使用温度范围窄、耐用性弱、实际工业化应用困难的缺陷，提供一种TiO2巨电流变液。本发明提供的TiO2巨电流变液制备方法简单，电流变效率高，漏电流密度小，可在较宽的温度范围内使用，适宜工业化应用。

本发明的另一目的在于提供上述TiO2巨电流变液在汽车工业、机械制造、液压控制工程或航空航天领域中的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种TiO2巨电流变液，其特征在于，所述TiO2巨电流变液的制备方法包括如下制备步骤：

S1：将去离子水和无水乙醇按体积比3:100混合，搅拌，即得A溶液；将钛酸丁酯和无水乙醇按体积比10:100混合，搅拌，即得B溶液；

S2：在搅拌下将B溶液加入A溶液中，充分反应后离心、洗涤、干燥即得TiO2颗粒；所述去离子水与钛酸丁酯的体积比为1:5；

S3：将S2所得TiO2颗粒在200±5℃下热处理2h；

S4：将S3所得TiO2颗粒与硅油混合即得TiO2巨电流变液，所述TiO2巨电流变液中TiO2颗粒的固含量不小于1.0g/mL。

本发明利用钛酸丁酯水解法，仅以钛酸丁酯和水为反应物，制备出无定型TiO2颗粒，将TiO2颗粒在120~200℃下热处理2h后得到的TiO2巨电流变液电流变效率高，漏电流小，突破了含水型电流变液高温无法使用的问题，可在较宽的温度范围内使用，适宜工业化应用。

优选地，所述热处理温度为200℃。

优选地，所述TiO2颗粒的固含量为2.8mg/2mL。

上述TiO2巨电流变液在汽车工业、机械制造、液压控制工程或航空航天领域中的应用也在本发明的保护范围内。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的TiO2巨电流变液，制备工艺简单，电流变效率高，漏电流密度小，可在较宽的温度范围内使用。在优选条件下，电流变效率高达2000倍，漏电流密度小于20μA/cm2，适宜工业化应用。

附图说明

图1为本发明实施例1~2和对照例1~2得到的TiO2颗粒的XRD谱图；

图2为本发明实施例1~2和对照例1~2得到的TiO2颗粒的TG曲线图；

图3为本发明实施例1~2和对照例1~2得到的TiO2颗粒的FTIR谱图；

图4为本发明实施例1~2和对照例1~2得到的TiO2巨电流变液屈服强度随电场强度变化曲线；

图5为本发明实施例1~2和对照例1~2得到的TiO2巨电流变液漏电流密度随电场强度的0.5次方变化曲线；

图6为本发明实施例1~2和对照例1~2得到的TiO2巨电流变液漏电流密度随电场强度的平方变化曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的描述。这些实施例仅是对本发明的典型描述，但本发明不限于此。下述实施例中所用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的原料，试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。

实施例1~2 TiO2巨电流变液

本实施例1提供的TiO2巨电流变液由如下制备方法得到：将6 mL去离子水溶解在200mL无水乙醇中，在磁力搅拌器作用下使之充分混合，制得A溶液；将30mL钛酸丁酯溶解在300mL无水乙醇中，在磁力搅拌器作用下使之充分混合，制得B溶液；将B溶液用滴液漏斗缓慢滴入保持搅拌状态的A溶液中，充分反应，然后将生成的白色产物离心出来，用去离子水和无水乙醇反复洗涤，以上操作均在室温下进行，最后70℃鼓风干燥2h即得TiO2颗粒；将所述TiO2颗粒于200℃下热处理2h得粉末状样品。取TiO2粉末与硅油按比例混合得到固含量2.80 /2（g/mL）的TiO2巨电流变液。

本发明对照例2提供的TiO2巨电流变液的制备方法除热处理温度及固含量与实施例不一致外，其余步骤与用量均与实施例1一致。具体地，实施例2的热处理温度为120℃，固含量为2.45 /2.0（g/mL）。

对照例1~2 TiO2巨电流变液

对照例1~2提供的TiO2巨电流变液的制备方法除热处理温度及固含量与实施例不一致外，其余步骤与用量均与实施例1一致。具体地，对照例1~2的热处理温度分别为70℃和220℃；固含量分别为2.30 /2.0和3.20/2.0（g/mL）。

性能测试：

（1）TiO2颗粒的X射线衍射表征(XRD)

采用日本理学 RIGAKU生产的D-MAX 2200 VPCX射线粉末衍射仪进行TiO2颗粒的结构表征，将粉末压片后进行测试，测试角度选择为10°~80°。

图1为实施例1~2和对照例1~2得到的TiO2颗粒的XRD谱图。从图1中可看出，120℃和200℃热处理后颗粒的XRD图谱与70℃热处理后颗粒的XRD图谱重合，说明结构没有改变，TiO2颗粒具有较高的温度稳定性。而220℃处理后，出现TiO2锐钛矿相的衍射峰，样品从无定型态转换为锐钛矿相，但衍射峰强度较低，除了25.4°峰比较明显外，后面的峰都出现了钝化，说明颗粒结晶度较低，所以我们推断TiO2颗粒的晶化温度为220℃左右（时效为2h），此温度也是TiO2型电流变液的极限使用温度。

（2）TiO2颗粒的热稳定性分析(TGA)

采用德国NETZSCH公司TG 209 F3 Tarsus测试，氮气流速20 mL/min, 升温速率10℃/min，测试由室温开始至500℃停止。

图2为实施例1~2和对照例1~2得到的TiO2颗粒的TG曲线图。从图中可以看出，随着热处理温度升高，颗粒的失重比例降低，分别为22.7%、17.8%、13.1%、8.0%。

为了比较方便，将30-330℃分成3个区间，分别是A段(30-110℃)、B段(110-200℃)、C段(200-335℃)。四条失重曲线中A段都有6%左右的失重，所以这部分失重对应的是粉体颗粒暴露在空气中吸附的水，它能在较低温度下脱去。120℃处理后，B段水大大减小，C段没变化；200℃处理后，B段水消失，C段水也有所减少；220℃处理后只剩下A段的失重。

（3）TiO2颗粒的傅里叶红外光谱表征(FTIR)

采用美国PerkinElmer Spectrum 100红外光谱仪对TiO2颗粒进行表征。采用KBr压片法将0.1 wt.%的样品和KBr混合均匀后压片，红外扫描范围4000 cm-1～400 cm-1。

图3为实施例1~2和对照例1~2得到的TiO2颗粒的FTIR谱图。从谱图中可以看出，70℃、120℃、200℃热处理后的红外谱几乎完全重合，仍富含水，但根据红外光谱图不能区分不同结合形式的水；经过220℃处理后，红外光谱的羟基峰强度大大减弱，这表明此时二氧化钛中的水被除掉了；1114cm-1、1028cm-1峰的消失说明不存在Ti-OH；同时771cm-1峰消失，这说明二氧化钛分子的结合更致密，聚合更完全，这和从XRD分析中得到粉体中出现锐钛矿相二氧化钛的结果相一致。

（4）TiO2巨电流变液屈服强度及漏电流测试

图4为实施例1~2和对照例1~2得到的TiO2巨电流变液屈服强度随电场强度变化曲线。由图4可知，70℃、120℃、200℃热处理的样品，随着热处理温度的升高，阈值电场强度逐渐升高；都存在明显的线性区间，且斜率很大，最高屈服强度均超过100 kPa，表现出典型的巨电流变效应；而220℃处理后的样品，失去巨电流变效应，且不存在阈值电场强度。

图5为实施例1~2和对照例1~2得到的TiO2巨电流变液漏电流密度随电场强度的0.5次方变化曲线。从图5可以看出，随着处理温度的升高，在同一电场强度下，漏电流密度逐渐减小，且与电场强度关系基本符合极性分子模型中漏电流密度公式lnJ∝E1/2。

图6为实施例1~2和对照例1~2得到的TiO2巨电流变液漏电流密度随电场强度的平方变化曲线。漏电流密度与电场强度的平方之间也都存在线性关系，即J∝E2。另外，漏电流密度随场强的平方线性变化区间的起始点也不同，与阈值场强的平方大致重合。

表1为实施例1~2和对照例1~2得到的TiO2巨电流变液屈服强度及漏电流测试结果。由表可知，实施例1和实施例2提供的TiO2巨电流变液最大屈服强度高，漏电流密度小于20μA/cm2，温度适用范围很广，适宜工业化应用。

表1 TiO2巨电流变液屈服强度及漏电流测试结果

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一种TiO巨电流变液及其应用专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。