聚苯胺復(fù)合電流變液的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種聚苯胺復(fù)合電流變液，該電流變液的分散相是聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子，分散介質(zhì)為二甲基硅油，其中聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子是將鐵粉與單體苯胺在樟腦磺酸作為摻雜酸、過硫酸銨作為氧化劑，室溫條件下制備而成，制備工藝簡單，原料易得，無須添加表面活性劑，聚苯胺與Fe2O3復(fù)合后改善了材料的性能，其中，聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子的質(zhì)量與二甲基硅油的體積比為0.30g:1mL時(shí)，使所得電流變液在4.3kV/mm條件下屈服應(yīng)力可達(dá)到10kPa，是單純聚苯胺作為分散相的電流變液性能的3.7倍，是單純Fe2O3作為分散相的電流變液性能的13.0倍，且性能也明顯優(yōu)于其他方法制備的聚苯胺與Fe2O3復(fù)合的電流變材料。
【專利說明】聚苯胺復(fù)合電流變液

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電流變材料及其制備方法，具體涉及一種以聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子為分散相的電流變液。

【背景技術(shù)】
[0002]電流變液是一種重要的智能材料，它通常是由高介電常數(shù)、低電導(dǎo)率的固體顆粒分散于低介電常數(shù)的絕緣油中而形成的懸浮體系。在一個(gè)應(yīng)用電場(chǎng)條件下，它們可以迅速可逆地從一個(gè)類似于流體的狀態(tài)變成一個(gè)類似于固體的狀態(tài)，從而顯示可調(diào)的流變特性。電流變液的特點(diǎn)使得它在增強(qiáng)各種設(shè)備的機(jī)電轉(zhuǎn)化效率方面具有潛在的優(yōu)勢(shì)，如離合器、閥門、阻尼裝置、人體肌肉刺激器、機(jī)械傳感器等等。為了滿足這些應(yīng)用的需求，一般情況下要求電流變液具有高屈服應(yīng)力或電流變效率、低電流密度、寬溫度范圍、分散穩(wěn)定性、場(chǎng)外粘度較低等特點(diǎn)。
[0003]聚苯胺是最有潛力的無水電流變材料之一，具有溫和的合成條件、良好的環(huán)境穩(wěn)定性、優(yōu)異的物理化學(xué)性能、獨(dú)特的摻雜機(jī)制、原料廉價(jià)易得等優(yōu)點(diǎn)。盡管有這些優(yōu)點(diǎn)，但是當(dāng)只有聚苯胺作為半導(dǎo)體電流變液的分散相時(shí)，高導(dǎo)電性的聚苯胺容易導(dǎo)致高電流密度或短路，限制了它的廣泛應(yīng)用。為了提高電流變液的性質(zhì)，各種修飾過的聚苯胺或聚苯胺型復(fù)合材料逐漸成為了科學(xué)家們的研究熱點(diǎn)。而其中聚苯胺與金屬氧化物的復(fù)合材料表現(xiàn)出了潛在的性能。
[0004]S.S.Umare等人采用原位化學(xué)氧化聚合法制備了聚苯胺_ a -Fe2O3納米復(fù)合材料，表明隨著a -Fe2O3的加入，聚苯胺_α -Fe2O3的導(dǎo)電率降低，這是由于a -Fe2O3阻塞聚苯胺的導(dǎo)電通路。CN 103224831Α公開了一種電流變液及其制備方法，該電流變液的分散相是由花狀氧化鐵納米粒子與聚苯胺復(fù)合而成的包覆型磁性納米復(fù)合顆粒，其制備工藝是先采用高溫回流法制備出花狀乙二醇基鐵前驅(qū)體，該乙二醇基鐵經(jīng)過煅燒轉(zhuǎn)化為氧化鐵，再以此為基底，原位生長出聚苯胺納米顆粒，制備出月季花狀氧化鐵/聚苯胺納米復(fù)合材料，制備過程復(fù)雜，需要高溫回流和煅燒，且其在電流變性能方面僅表現(xiàn)出了在2.5kV/mm的條件下，剪切應(yīng)力低于200Pa的性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種合成簡單、成本低、電流性能好的聚苯胺復(fù)合電流變液。
[0006]解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:該電流變液的分散相為聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子，分散介質(zhì)為二甲基硅油，所述的聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子由下述方法制備得到:
[0007]將樟腦磺酸完全溶解于去離子水中，加入苯胺和鐵粉，攪拌均勻，加入0.3?
0.5mol/L的過硫酸銨水溶液，苯胺與鐵粉、樟腦磺酸、過硫酸銨的摩爾比為1:1:0.5?
0.7:0.8?1，常溫?cái)嚢?0?24小時(shí)，過濾、洗滌、干燥，得到聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子。
[0008]上述的苯胺與鐵粉、樟腦磺酸、過硫酸銨的摩爾比最佳為1:1:0.5:1。
[0009]本發(fā)明的電流變液中聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子的質(zhì)量與二甲基硅油的體積比為
0.05 ?0.70g:1mL,最佳為 0.30g: lmL。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下顯著的技術(shù)優(yōu)點(diǎn):
[0011]1、本發(fā)明采用鐵粉和單體苯胺原位氧化聚合法制備出非包覆型的聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子，制備工藝簡單，原料易得，成本低，反應(yīng)過程易于控制，對(duì)設(shè)備無特殊要求，無須添加表面活性劑，易于工業(yè)化生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用。
[0012]2、采用本發(fā)明方法制備的聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子與二甲基硅油配制的電流變液具有高的力學(xué)值，包括屈服應(yīng)力和剪切應(yīng)力，充分發(fā)揮了有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料的特點(diǎn)，是一種性能優(yōu)良的電流變材料，其中，聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子的質(zhì)量與二甲基硅油的體積比為
0.30g:lmL時(shí),在4.3kV/mm條件下屈服應(yīng)力可達(dá)到1kPa,是單純聚苯胺作為分散相的電流變液性能的3.7倍，是單純Fe2O3作為分散相的電流變液性能的13.0倍，且性能也優(yōu)于其他方法制備的聚苯胺與Fe2O3復(fù)合的電流變材料。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是實(shí)施例1制備的聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子的紅外光譜圖。
[0014]圖2是聚苯胺及實(shí)施例1制備的聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子的XRD圖譜。
[0015]圖3是實(shí)施例1制備的聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子的XPS圖譜。
[0016]圖4是實(shí)施例1制備的聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子的掃描電鏡照片。
[0017]圖5是實(shí)施例1制備的聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子的透射電鏡照片。
[0018]圖6是實(shí)施例1制備的聚苯胺復(fù)合電流變液的屈服應(yīng)力測(cè)試圖譜。
[0019]圖7是實(shí)施例1制備的聚苯胺復(fù)合電流變液的剪切應(yīng)力測(cè)試圖譜。
[0020]圖8是對(duì)比實(shí)施例1制備的聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子的XRD圖譜。
[0021]圖9是實(shí)施例2制備的聚苯胺復(fù)合電流變液的屈服應(yīng)力測(cè)試圖譜。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明所要保護(hù)的范圍不僅限于這些實(shí)施例。
[0023]實(shí)施例1
[0024]將8.9g(38.4mmol)樟腦磺酸完全溶解于375mL去離子水中，攪拌均勻，加入7.2g(76.8mmol)苯胺、4.3g鐵粉(76.8mmol),攪拌均勻,加入192mL 0.4mol/L的過硫酸銨水溶液，常溫?cái)嚢?4小時(shí)，過濾，用去離子水和無水乙醇各洗滌3次，70°C干燥24小時(shí)，得到聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子。由圖1?3可見，得到的復(fù)合粒子中鐵氧化物為Fe2O3，該復(fù)合粒子為聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子。由圖4和圖5可見，復(fù)合粒子的形貌不規(guī)則，粒徑大約為2?
5μ m，其中Fe2O3的顆粒大小為8?15nm。
[0025]將0.6g制備的聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子與2mL 二甲基娃油配混合均勻，制備成聚苯胺復(fù)合電流變液。由圖6可見,在4.3kV/mm條件下,該電流變液的屈服應(yīng)力可達(dá)到1kPa,是單純聚苯胺作為分散相的電流變液性能的3.7倍。由圖7可見，該電流變液的剪切應(yīng)力在電場(chǎng)為8kV/mm的條件下可達(dá)到1.2kPa。
[0026]對(duì)比實(shí)施例1
[0027]將8.9g(38.4mmol)樟腦磺酸完全溶解于375mL去離子水中，攪拌均勻，加入7.2g (76.8mmol)苯胺、12.3g Fe2O3 (76.8mmol),攬拌均勻，加入 192mL 0.4mol/L 的過硫酸銨水溶液，常溫?cái)嚢?4小時(shí)，過濾，用去離子水和無水乙醇各洗滌3次，70°C干燥24小時(shí)，得到聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子，XRD圖見圖8，其與Fe2O3標(biāo)準(zhǔn)卡JCPDS:33-0664—致。將0.6g制備的聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子與2mL 二甲基硅油配混合均勻，制備成聚苯胺復(fù)合電流變液，經(jīng)測(cè)試，該電流變液漏電流較大，基本上無電流變性能。
[0028]實(shí)施例2
[0029]將0.4g實(shí)施例1制備的聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子與2mL 二甲基硅油配混合均勻，制備成聚苯胺復(fù)合電流變液。由圖9可見，在3.4kV/mm條件下，該電流變液的屈服應(yīng)力可達(dá)到 7.6kPa。
[0030]實(shí)施例3
[0031]將0.1g實(shí)施例1制備的聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子與2mL 二甲基硅油混合均勻，制備成聚苯胺復(fù)合電流變液。
[0032]實(shí)施例4
[0033]將1.4g實(shí)施例1制備的聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子與2mL 二甲基硅油混合均勻，制備成聚苯胺復(fù)合電流變液。
[0034]實(shí)施例5
[0035]將12.5g(53.8mmol)樟腦磺酸完全溶解于375mL去離子水中，攪拌均勻，加入
7.2g(76.8mmol)苯胺、4.3g鐵粉(76.8mmol),攪拌均勻,加入 153.6mL0.4mol/L 的過硫酸銨水溶液，常溫?cái)嚢?0小時(shí)，過濾，用去離子水和無水乙醇各洗滌3次，70°C干燥24小時(shí)，得到聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子。
[0036]將0.6g制備的聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子與2mL 二甲基娃油配混合均勻，制備成聚苯胺復(fù)合電流變液，其在4.0kV/mm條件下屈服應(yīng)力可達(dá)到7.6kPa。
【權(quán)利要求】
1.一種聚苯胺復(fù)合電流變液，其特征在于:該電流變液的分散相為聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子，分散介質(zhì)為二甲基硅油，所述的聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子由下述方法制備得到: 將樟腦磺酸完全溶解于去離子水中，加入苯胺和鐵粉，攪拌均勻，加入0.3?0.5mol/L的過硫酸銨水溶液，苯胺與鐵粉、樟腦磺酸、過硫酸銨的摩爾比為1:1:0.5?0.7:0.8?1，常溫?cái)嚢?0?24小時(shí)，過濾、洗滌、干燥，得到聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚苯胺復(fù)合電流變液，其特征在于:所述的苯胺與鐵粉、樟腦磺酸、過硫酸銨的摩爾比為1:1:0.5:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聚苯胺復(fù)合電流變液，其特征在于:所述的電流變液中聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子的質(zhì)量與二甲基硅油的體積比為0.05?0.70g: lmL。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聚苯胺復(fù)合電流變液，其特征在于:所述的電流變液中聚苯胺/Fe2O3復(fù)合粒子的質(zhì)量與二甲基硅油的體積比為0.30g: lmL。
【文檔編號(hào)】C10N40/16GK104232251SQ201410431144
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】高子偉, 朱序陽, 陳純, 張國防, 孫華明, 張偉強(qiáng), 陳禧, 龔舉浩 申請(qǐng)人:陜西師范大學(xué)