聚苯胺复合电流变液的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种聚苯胺复合电流变液，该电流变液的分散相是聚苯胺/Fe2O3复合粒子，分散介质为二甲基硅油，其中聚苯胺/Fe2O3复合粒子是将铁粉与单体苯胺在樟脑磺酸作为掺杂酸、过硫酸铵作为氧化剂，室温条件下制备而成，制备工艺简单，原料易得，无须添加表面活性剂，聚苯胺与Fe2O3复合后改善了材料的性能，其中，聚苯胺/Fe2O3复合粒子的质量与二甲基硅油的体积比为0.30g:1mL时，使所得电流变液在4.3kV/mm条件下屈服应力可达到10kPa，是单纯聚苯胺作为分散相的电流变液性能的3.7倍，是单纯Fe2O3作为分散相的电流变液性能的13.0倍，且性能也明显优于其他方法制备的聚苯胺与Fe2O3复合的电流变材料。
【专利说明】聚苯胺复合电流变液
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电流变材料及其制备方法，具体涉及一种以聚苯胺/Fe2O3复合粒子为分散相的电流变液。
【背景技术】
[0002]电流变液是一种重要的智能材料，它通常是由高介电常数、低电导率的固体颗粒分散于低介电常数的绝缘油中而形成的悬浮体系。在一个应用电场条件下，它们可以迅速可逆地从一个类似于流体的状态变成一个类似于固体的状态，从而显示可调的流变特性。电流变液的特点使得它在增强各种设备的机电转化效率方面具有潜在的优势，如离合器、阀门、阻尼装置、人体肌肉刺激器、机械传感器等等。为了满足这些应用的需求，一般情况下要求电流变液具有高屈服应力或电流变效率、低电流密度、宽温度范围、分散稳定性、场外粘度较低等特点。
[0003]聚苯胺是最有潜力的无水电流变材料之一，具有温和的合成条件、良好的环境稳定性、优异的物理化学性能、独特的掺杂机制、原料廉价易得等优点。尽管有这些优点，但是当只有聚苯胺作为半导体电流变液的分散相时，高导电性的聚苯胺容易导致高电流密度或短路，限制了它的广泛应用。为了提高电流变液的性质，各种修饰过的聚苯胺或聚苯胺型复合材料逐渐成为了科学家们的研究热点。而其中聚苯胺与金属氧化物的复合材料表现出了潜在的性能。
[0004]S.S.Umare等人采用原位化学氧化聚合法制备了聚苯胺_ a -Fe2O3纳米复合材料，表明随着a -Fe2O3的加入，聚苯胺_α -Fe2O3的导电率降低，这是由于a -Fe2O3阻塞聚苯胺的导电通路。CN 103224831Α公开了一种电流变液及其制备方法，该电流变液的分散相是由花状氧化铁纳米粒子与聚苯胺复合而成的包覆型磁性纳米复合颗粒，其制备工艺是先采用高温回流法制备出花状乙二醇基铁前驱体，该乙二醇基铁经过煅烧转化为氧化铁，再以此为基底，原位生长出聚苯胺纳米颗粒，制备出月季花状氧化铁/聚苯胺纳米复合材料，制备过程复杂，需要高温回流和煅烧，且其在电流变性能方面仅表现出了在2.5kV/mm的条件下，剪切应力低于200Pa的性能。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于提供一种合成简单、成本低、电流性能好的聚苯胺复合电流变液。
[0006]解决上述技术问题所采用的技术方案是:该电流变液的分散相为聚苯胺/Fe2O3复合粒子，分散介质为二甲基硅油，所述的聚苯胺/Fe2O3复合粒子由下述方法制备得到:
[0007]将樟脑磺酸完全溶解于去离子水中，加入苯胺和铁粉，搅拌均匀，加入0.3?
0.5mol/L的过硫酸铵水溶液，苯胺与铁粉、樟脑磺酸、过硫酸铵的摩尔比为1:1:0.5?
0.7:0.8?1，常温搅拌10?24小时，过滤、洗涤、干燥，得到聚苯胺/Fe2O3复合粒子。
[0008]上述的苯胺与铁粉、樟脑磺酸、过硫酸铵的摩尔比最佳为1:1:0.5:1。
[0009]本发明的电流变液中聚苯胺/Fe2O3复合粒子的质量与二甲基硅油的体积比为
0.05 ?0.70g:1mL,最佳为 0.30g: lmL。
[0010]本发明与现有技术相比，具有以下显著的技术优点:
[0011]1、本发明采用铁粉和单体苯胺原位氧化聚合法制备出非包覆型的聚苯胺/Fe2O3复合粒子，制备工艺简单，原料易得，成本低，反应过程易于控制，对设备无特殊要求，无须添加表面活性剂，易于工业化生产和广泛应用。
[0012]2、采用本发明方法制备的聚苯胺/Fe2O3复合粒子与二甲基硅油配制的电流变液具有高的力学值，包括屈服应力和剪切应力，充分发挥了有机/无机复合材料的特点，是一种性能优良的电流变材料，其中，聚苯胺/Fe2O3复合粒子的质量与二甲基硅油的体积比为
0.30g:lmL时,在4.3kV/mm条件下屈服应力可达到1kPa,是单纯聚苯胺作为分散相的电流变液性能的3.7倍，是单纯Fe2O3作为分散相的电流变液性能的13.0倍，且性能也优于其他方法制备的聚苯胺与Fe2O3复合的电流变材料。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是实施例1制备的聚苯胺/Fe2O3复合粒子的红外光谱图。
[0014]图2是聚苯胺及实施例1制备的聚苯胺/Fe2O3复合粒子的XRD图谱。
[0015]图3是实施例1制备的聚苯胺/Fe2O3复合粒子的XPS图谱。
[0016]图4是实施例1制备的聚苯胺/Fe2O3复合粒子的扫描电镜照片。
[0017]图5是实施例1制备的聚苯胺/Fe2O3复合粒子的透射电镜照片。
[0018]图6是实施例1制备的聚苯胺复合电流变液的屈服应力测试图谱。
[0019]图7是实施例1制备的聚苯胺复合电流变液的剪切应力测试图谱。
[0020]图8是对比实施例1制备的聚苯胺/Fe2O3复合粒子的XRD图谱。
[0021]图9是实施例2制备的聚苯胺复合电流变液的屈服应力测试图谱。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明所要保护的范围不仅限于这些实施例。
[0023]实施例1
[0024]将8.9g(38.4mmol)樟脑磺酸完全溶解于375mL去离子水中，搅拌均匀，加入7.2g(76.8mmol)苯胺、4.3g铁粉(76.8mmol),搅拌均勻,加入192mL 0.4mol/L的过硫酸铵水溶液，常温搅拌24小时，过滤，用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，70°C干燥24小时，得到聚苯胺/Fe2O3复合粒子。由图1?3可见，得到的复合粒子中铁氧化物为Fe2O3，该复合粒子为聚苯胺/Fe2O3复合粒子。由图4和图5可见，复合粒子的形貌不规则，粒径大约为2?
5μ m，其中Fe2O3的颗粒大小为8?15nm。
[0025]将0.6g制备的聚苯胺/Fe2O3复合粒子与2mL 二甲基娃油配混合均勻，制备成聚苯胺复合电流变液。由图6可见,在4.3kV/mm条件下,该电流变液的屈服应力可达到1kPa,是单纯聚苯胺作为分散相的电流变液性能的3.7倍。由图7可见，该电流变液的剪切应力在电场为8kV/mm的条件下可达到1.2kPa。
[0026]对比实施例1
[0027]将8.9g(38.4mmol)樟脑磺酸完全溶解于375mL去离子水中，搅拌均匀，加入7.2g (76.8mmol)苯胺、12.3g Fe2O3 (76.8mmol),揽拌均勻，加入 192mL 0.4mol/L 的过硫酸铵水溶液，常温搅拌24小时，过滤，用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，70°C干燥24小时，得到聚苯胺/Fe2O3复合粒子，XRD图见图8，其与Fe2O3标准卡JCPDS:33-0664—致。将0.6g制备的聚苯胺/Fe2O3复合粒子与2mL 二甲基硅油配混合均匀，制备成聚苯胺复合电流变液，经测试，该电流变液漏电流较大，基本上无电流变性能。
[0028]实施例2
[0029]将0.4g实施例1制备的聚苯胺/Fe2O3复合粒子与2mL 二甲基硅油配混合均匀，制备成聚苯胺复合电流变液。由图9可见，在3.4kV/mm条件下，该电流变液的屈服应力可达到 7.6kPa。
[0030]实施例3
[0031]将0.1g实施例1制备的聚苯胺/Fe2O3复合粒子与2mL 二甲基硅油混合均匀，制备成聚苯胺复合电流变液。
[0032]实施例4
[0033]将1.4g实施例1制备的聚苯胺/Fe2O3复合粒子与2mL 二甲基硅油混合均匀，制备成聚苯胺复合电流变液。
[0034]实施例5
[0035]将12.5g(53.8mmol)樟脑磺酸完全溶解于375mL去离子水中，搅拌均匀，加入
7.2g(76.8mmol)苯胺、4.3g铁粉(76.8mmol),搅拌均勻,加入 153.6mL0.4mol/L 的过硫酸铵水溶液，常温搅拌10小时，过滤，用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，70°C干燥24小时，得到聚苯胺/Fe2O3复合粒子。
[0036]将0.6g制备的聚苯胺/Fe2O3复合粒子与2mL 二甲基娃油配混合均勻，制备成聚苯胺复合电流变液，其在4.0kV/mm条件下屈服应力可达到7.6kPa。
【权利要求】
1.一种聚苯胺复合电流变液，其特征在于:该电流变液的分散相为聚苯胺/Fe2O3复合粒子，分散介质为二甲基硅油，所述的聚苯胺/Fe2O3复合粒子由下述方法制备得到: 将樟脑磺酸完全溶解于去离子水中，加入苯胺和铁粉，搅拌均勻，加入0.3?0.5mol/L的过硫酸铵水溶液，苯胺与铁粉、樟脑磺酸、过硫酸铵的摩尔比为1:1:0.5?0.7:0.8?1，常温搅拌10?24小时，过滤、洗涤、干燥，得到聚苯胺/Fe2O3复合粒子。
2.根据权利要求1所述的聚苯胺复合电流变液，其特征在于:所述的苯胺与铁粉、樟脑磺酸、过硫酸铵的摩尔比为1:1:0.5:1。
3.根据权利要求1或2所述的聚苯胺复合电流变液，其特征在于:所述的电流变液中聚苯胺/Fe2O3复合粒子的质量与二甲基硅油的体积比为0.05?0.70g: lmL。
4.根据权利要求1或2所述的聚苯胺复合电流变液，其特征在于:所述的电流变液中聚苯胺/Fe2O3复合粒子的质量与二甲基硅油的体积比为0.30g: lmL。
【文档编号】C10N40/16GK104232251SQ201410431144
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月28日 优先权日:2014年8月28日
【发明者】高子伟, 朱序阳, 陈纯, 张国防, 孙华明, 张伟强, 陈禧, 龚举浩 申请人:陕西师范大学