一种TiO2@PANI核壳空心立方纳米颗粒电流变液及其制备方法

本发明涉及一种电流变液材料及其制备方法，具体涉及一种tio2@pani核壳空心立方纳米颗粒电流变液及其制备方法。

背景技术：

1、电流变材料作为一种对电场响应迅速的新型智能材料，因其在电气控制装置中的巨大应用前景而受到广泛关注。电流变流体通常由绝缘载体流体和极化粒子组成，也叫er流体。当不施加电场时，极化粒子随机分散并表现出类似液体的性质。当施加电场时，会使液相迅速转变为类固体结构，沿电场方向形成链状或柱状结构，同时其粘度、屈服应力等都会发生变化。当电场消失时，这个过程是可逆的。而发生的这种性质性能的变化称为电流变效应。电流变液对电信号特别敏感，响应迅速，因此在很多领域具有广阔的发展前景，比如液压传动、汽车制动等方面。在本发明中所用到的二氧化钛就是一种优秀的电流变研究材料，他有很多契合电流变的优点，它有高介电常数，制备方便快捷，性质稳定。此外，复合材料是一种具有特殊性能的材料，它可以具有单个纳米颗粒无法获得的许多性能。因此在基于二氧化钛导电性不够好的情况下，本发明通过在其表面包覆导电性强的聚苯胺，形成tio2@pani核壳结构的电流变材料，增强导电性和极化响应，使其具有更好的性能。

2、本发明的目的是提供一种tio2@pani核壳空心立方纳米颗粒电流变液，其分散相是包覆了聚苯胺(pani)的立方空心二氧化钛(tio2)纳米颗粒，连续相是二甲基硅油。通过扫描电镜和透射电镜照片可以观察到立方体状的空心二氧化钛，同时表面又是多孔的结构，形状为各向异性，这些都可以使得界面极化能力增强，而极化能力强有益于电流变效应。由二氧化钛制备成的电流变液有很多的优点，流变效率高，制备简便，但其导电性不强，是限制其更好的性能表现的原因之一，而聚苯胺具有很强的导电性，可通过二者结合实现导电性的增强，因此通过对其包覆导电性强的聚苯胺组成核壳结构的纳米颗粒，改善电流变液的流变性能，使其更快响应；配制成的电流变液密度小，具有很好的抗沉降性，更加稳定。整个制备过程安全无风险，无毒无害，三步化流程清晰易懂，操作简单，同时兼具可调整性，调整不同的试剂配比会有不同的流变性能。

3、本发明的目的还在于提供一种在制备空心氧化钛的基础上使用低温双相包覆合成tio2@pani，通过二次水热得到空心立方的二氧化钛纳米颗粒，再对其表面进行原位聚合法低温包覆聚苯胺制备而成的核壳立方空心纳米颗粒；其制备工艺是先用第一次水热反应制得立方实心氟酸钛，然后在进行二次水热反应刻蚀，得到空心立方氧化钛，然后在低温连续搅拌的条件下原位聚合法均匀包覆上聚苯胺，从而制备出聚苯胺包覆的立方空心二氧化钛核壳纳米颗粒。该纳米颗粒在内层是空心立方的氧化钛基础上又均匀包覆了聚苯胺，具有非常明显的核壳结构形貌特征；整个制备过程操作简便，原料平价易得，制备成电流变液后具有很好的性能，兼具稳定性、抗沉降性、导电率趋于合适的区间范围内，同时独特的纳米空心、多孔结构对应了表面效应、小尺寸效应等纳米材料独有的特性，对于进一步研究电流变材料提供新的研究方法，便于去深度研究电流变材料的实际开发和应用。

4、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

5、本发明所制备电流变液，其分散相是聚苯胺包覆的二氧化钛核壳空心立方纳米颗粒，连续相为二甲基硅油。

6、tio2@pani电流变液的制备步骤如下：

7、(1)在10ml乙酸中加入1.6ml氢氟酸，不断搅拌至均匀后加入5ml tbt，继续搅拌至均匀后装入反应釜中，加热至200℃进行第一次水热反应，加热时间为12h，反应完毕待其温度降低至室温后进行离心洗涤操作，放入烘箱中75℃干燥过夜。

8、(2)将第一步制得的0.5g固体样品溶于20ml超纯水中，不断搅拌至溶液混合均匀，然后装入反应釜中，加热至120℃进行第二次水热反应，加热时间为3h，反应完毕待其温度降低至室温后进行离心洗涤操作，放入烘箱中75℃干燥过夜。

9、(3)将上述反应制得的固体样品溶于100ml乙醇中，搅拌均匀，搅拌的同时依次加入0.1g ctab，6ml苯胺，0.2ml乙酸，搅拌均匀放入冰水浴中继续搅拌两小时，记为一号；然后在20ml水中加入1g过硫酸铵，搅拌均匀，记为二号；一号样品搅拌两小时完成后，在不断搅拌的条件下，向其缓慢加入二号溶液，继续搅拌1h，然后立即对样品进行离心操作，其中用水洗两次，用乙醇洗三次，确保最后一次为乙醇洗涤，洗涤完后放入烘箱75℃下干燥过夜，得到tio2@pani颗粒。

10、(4)将该样品与二甲基硅油按重量比10％配置成电流变液。

11、本发明与现有技术相比，具有以下显著的技术优点：

12、1、本发明制备方法采用原位聚合制得二氧化钛，又使用了低温双相法包覆得到核壳结构纳米颗粒，整个过程比较稳定，颗粒的形貌规整均匀。

13、2、将其和硅油配制成的电流变液具有很好的流变性能，密度小，工艺流程简便，反应安全，无毒无害。充分结合了两种材料的优点，是一种改善的综合电流变材料。原料平价易得，制备配比可调，材料无毒无害，可以用于实际研发与生产中。

技术实现思路

技术特征：

1.一种tio2@pani核壳空心立方纳米颗粒电流变液材料，其特征在于该电流变液材料的分散相是一种聚苯胺包覆的二氧化钛核壳空心立方纳米颗粒，连续相为二甲基硅油；通过二次水热得到空心立方的二氧化钛纳米颗粒，再对其表面进行原位聚合法低温包覆聚苯胺制备而成的tio2@pani核壳立方空心纳米颗粒；该纳米颗粒在内层是空心立方的氧化钛基础上又均匀包覆了聚苯胺，具有非常明显的核壳结构形貌特征，增强了界面极化能力；该纳米颗粒配制成的电流变液电流变性能较好，密度小；空心立方二氧化钛具有各向异性，多孔等优点，聚苯胺具有良好的导电性，化学稳定性好，合成工艺简单等优点。

2.如权利1所述的tio2@pani核壳空心立方纳米颗粒电流变液材料，其特征在于，制备过程包括以下几个步骤：

技术总结一种TiO<subgt;2</subgt;@PANI核壳立方空心纳米颗粒电流变液及其制备方法本发明涉及一种电流变液材料及其制备方法，特别涉及一种聚苯胺包覆立方空心二氧化钛颗粒的电流变液材料。该电流变液的分散相是通过二次水热得到空心立方的二氧化钛纳米颗粒，再对其表面进行原位聚合法低温包覆聚苯胺制备而成的TiO<subgt;2</subgt;@PANI核壳立方空心纳米颗粒，二甲基硅油为连续相；其制备工艺是先用第一次水热反应制得立方实心氟酸钛，然后在进行二次水热反应刻蚀，得到空心立方氧化钛，然后在低温连续搅拌的条件下均匀包覆上聚苯胺，从而制备出聚苯胺包覆的立方空心二氧化钛核壳纳米颗粒。其中所使用的模版氧化钛材料形貌特点突出，空心立方，明显的各向异性；独有的形状增强了颗粒的电流变性能，而包覆的聚苯胺又有良好的导电性能，两种材料的结合可以更好地改善材料的综合性能。附图中显示了TiO<subgt;2</subgt;@PANI核壳立方空心纳米颗粒电流变液剪切应力与电场强度的关系。技术研发人员：马莉莉,闫浩淳,陈亮坤,王立越,王宝祥,郝春成,陈克正受保护的技术使用者：青岛科技大学技术研发日：技术公布日：2024/5/6