專利名稱：一種土豆膨脹淀粉碳化的多孔碳電流變液材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電流變液材料，特別涉及一種土豆膨脹淀粉碳化的多孔碳電流變液材料。
技術背景電流變液是一類智能型的軟物質，它通常是由高介電常數、低電導率的固體顆粒分散于 低介電常數的絕緣油中形成的懸浮體系。由于電流變液具有一些優異的性能，使其在減震器、 離合器、阻尼器、驅動器、無級調速等裝置中具有潛在的應用價值。普遍認為，電流變效應 受控于顆粒的性質，其中主要包括顆粒幾何參數(如尺寸與形貌)和物理性質(介電與電導 特性)。很多無機和有機高分子材料作為電流變液分散相被廣泛研究。多孔材料由于其自身的 孔結構而較易獲得良好的抗沉降性能和較優的電流變效應。但是，碳材料電流變液因其電導 率和介電行為的控制困難等缺點并未獲得更進一步的研究。傳統的應用無機多孔模板合成多孔碳材料的方法雖能制備高度有序的孔結構，但是，這 種方法存在模板合成困難、成本高且去除較難等問題。因此，發展有機高分子自組裝模板或 利用分子的自身結構來合成多孔碳材料已受到越來越多的研究和重視。加熱淀粉與水的混和 液(淀粉乳)時，淀粉顆粒中的無定形區吸水膨脹，變成半透明的粘稠糊狀，稱為糊化。此 時淀粉顆粒中結晶相和無定形相間的氫鍵斷裂，微晶束解體成碎片。淀粉糊在低溫下靜置會 變為凝膠體，稱為淀粉的回生或老化。此時顆粒中直、支鏈平行排列以氫鍵重新組成微晶束， 與原來的結構相似，但此時分子間締合牢靠且難再溶解。利用淀粉的糊化和老化性質，制備 的膨脹淀粉具有的介孔結構可作為多孔模板，進一步熱處理得到多孔碳材料。發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種土豆膨脹淀粉碳化的多孔碳電流變液材料，該電 流變液材料的分散相為土豆膨脹淀粉碳化的多孔碳顆粒，連續相為甲基硅油。分散相采用不 同溫度碳化的土豆膨脹淀粉得到，其平均孔徑范圍為1.8-2.2nm，比表面積范圍為 275.5-628.7m2/g，密度范圍0.88-0.97g/cm3。為解決上述問題，本發明利用淀粉的糊化和老化性質，制備膨脹淀粉，再通過控制不同 的碳化溫度得到不同孔結構的多孔碳材料。這種多孔碳電流變液由于分散相的多孔結構和較 小的密度而能夠獲得較好的抗沉降性能。同時，通過不同的溫度煅燒，可以使得多孔碳電流變液材料的結構和介電性能得到調節，從而具有不同的電流變效應。 本發明方法的制備步驟如下(1) 將10g土豆淀粉和50g去離子水混合攪拌，待分散完全后在10(TC恒溫反應4h;反 應完成后得到半透明凝膠狀產物，將其置于5'C下冷藏3d;將冷藏后產物用無水乙醇50ml 浸泡洗滌2h，再于真空干燥箱內6(TC下真空干燥12h，即得到白色的土豆膨脹淀粉顆粒；(2) 稱取85mg對甲基苯磺酸溶于50ml無水乙醇中，加入5g土豆膨脹淀粉，攪拌反應 12h，將乙醇蒸發得到白色的疏松粉體，該粉體置于真空干燥箱內于60'C下真空干燥6h;(3) 將己催化處理的土豆膨脹淀粉置于陶瓷瓷舟中，在流量為100ml/min的氮氣氣氛下 于管式爐中煅燒5h，即制得黑色的多孔碳材料；(4) 將粉末狀的多孔碳顆粒與甲基硅油按照顆粒/硅油體積比為1: 9混合，在瑪瑙研缽 中研磨均勻，即制得土豆膨脹淀粉碳化的多孔碳電流變液。該制備方法簡單易操作、成本低且重復性好。制備得到的多孔碳電流變液材料的孔結構 和介電性能隨不同的煅燒溫度，發生較大的改變。由此材料配制的電流變液由于分散相的多 孔結構具有抗沉降優良的性能。不同碳化處理溫度下的多孔碳顆粒電流變液由于其孔結構和 介電性質的差異而具有不同的電流變效應。
圖l為土豆膨脹淀粉、IOO'C、 350'C和500。C碳化的多孔碳材料的BET比表面積、平均 孔徑和密度表圖2為10(TC、 350°C、 50(TC碳化的多孔碳電流變液(10vol%)的介電常數與頻率的關 系(25°C)圖3為10(TC、 350°C、 500'C碳化的多孔碳電流變液(10vol%)的介電損耗與頻率的關 系(25°C)圖4為IO(TC碳化的多孔碳電流變液(10vol%)的剪切應力與剪切速率關系曲線(25°C) 圖5為35(TC碳化的多孔碳電流變液(10vol%)的剪切應力與剪切速率關系曲線(25°C) 圖6為50(TC碳化的多孔碳電流變液(10 vol%)的剪切應力與剪切速率關系曲線(25°C)具體實施方式
本發明所用淀粉為市售土豆淀粉，其他試劑均為分析純。 下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細說明4實施例一 (土豆膨脹淀粉的制備)將10g 土豆淀粉和50g去離子水混合攪拌，待分散完全后在100。C恒溫反應4h。反應完 成后得到半透明凝膠狀產物，將其置于5t:下冷藏3d。將冷藏后產物用無水乙醇50ml浸泡洗 滌2h，再于真空干燥箱內60'C下真空干燥12h，即得到白色的土豆膨脹淀粉顆粒。材料命名 為Sp，其孔性能和密度見圖1。實施例二 (IO(TC碳化的多孔碳電流變液材料)將10g 土豆淀粉和50g去離子水混合攪拌，待分散完全后在IO(TC恒溫反應4h。反應完 成后得到半透明凝膠狀產物，將其置于5'C下冷藏3d。將冷藏后產物用無水乙醇50ml浸泡洗 滌2h，再于真空干燥箱內60'C下真空干燥12h，即得到白色的土豆膨脹淀粉顆粒；稱取85mg 對甲基苯磺酸溶于50ml無水乙醇中，加入5g土豆膨脹淀粉，攪拌反應12h，將乙醇蒸發得 到白色的疏松粉體。該粉體置于真空干燥箱內于6(TC下真空干燥6h;將已催化處理的土豆膨 脹淀粉置于陶瓷瓷舟中，在流量為100ml/min的氮氣氣氛下于管式爐中100'C煅燒5h，即制 得黑色的多孔碳材料。材料命名為CIOO。將粉末狀的多孔碳顆粒C100與甲基硅油按照顆粒/ 硅油體積比為l: 9混合，在瑪瑙研缽中研磨均勻，即制得C100電流變液。其孔性能和密度 見圖l，介電性能見圖2、圖3，圖4為該電流變液剪切應力與剪切速率關系曲線。實施例三(350'C碳化的多孔碳電流變液材料)將10g 土豆淀粉和50g去離子水混合攪拌，待分散完全后在IO(TC恒溫反應4h。反應完 成后得到半透明凝膠狀產物，將其置于5'C下冷藏3d。將冷藏后產物用無水乙醇50ml浸泡洗 滌2h，再于真空干燥箱內60'C下真空干燥12h，即得到白色的土豆膨脹淀粉顆粒；稱取85mg 對甲基苯磺酸溶于50ml無水乙醇中，加入5g土豆膨脹淀粉，攪拌反應12h，將乙醇蒸發得 到白色的疏松粉體。該粉體置于真空干燥箱內于60'C下真空干燥6h;將己催化處理的土豆膨 脹淀粉置于陶瓷瓷舟中，在流量為100ml/min的氮氣氣氛下于管式爐中35(TC煅燒5h，即制 得黑色的多孔碳材料。材料命名為C350。將粉末狀的多孔碳顆粒C350與甲基硅油按照顆粒/ 硅油體積比為l: 9混合，在瑪瑙研缽中研磨均勻，即制得C350電流變液。其孔性能和密度 見圖l，介電性能見圖2、圖3，圖5為該電流變液剪切應力與剪切速率關系曲線。實施例四(500r碳化的多孔碳電流變液材料)將10g 土豆淀粉和50g去離子水混合攪拌，待分散完全后在IO(TC恒溫反應4h。反應完 成后得到半透明凝膠狀產物，將其置于5'C下冷藏3d。將冷藏后產物用無水乙醇50ml浸泡洗滌2h，再于真空干燥箱內60'C下真空干燥12h，即得到白色的土豆膨脹淀粉顆粒；稱取85mg 對甲基苯磺酸溶于50ml無水乙醇中，加入5g土豆膨脹淀粉，攪拌反應12h，將乙醇蒸發得 到白色的疏松粉體。該粉體置于真空干燥箱內于60'C下真空干燥6h;將已催化處理的土豆膨 脹淀粉置于陶瓷瓷舟中，在流量為100ml/min的氮氣氣氛下于管式爐中50(TC煅燒5h，即制 得黑色的多孔碳材料。材料命名為C500。將粉末狀的多孔碳顆粒C500與甲基硅油按照顆粒/ 硅油體積比為l: 9混合，在瑪瑙研缽中研磨均勻，即制得C500電流變液。其孔性能和密度 見圖l，介電性能見圖2、圖3，圖6為該電流變液剪切應力與剪切速率關系曲線。
權利要求
1.一種土豆膨脹淀粉碳化的多孔碳電流變液材料，其分散相為土豆膨脹淀粉碳化的多孔碳顆粒，連續相為甲基硅油；其主要特征是分散相采用不同溫度碳化的土豆膨脹淀粉得到，其平均孔徑范圍為1.8-2.2nm，比表面積范圍為275.5-628.7m2/g，密度范圍0.88-0.97g/cm3。
2. 如權利要求l所述一種土豆膨脹淀粉碳化的多孔碳電流變液材料，其特征在于土豆膨脹淀 粉是將土豆淀粉與去離子水按照質量比l: 5混合，在100'C恒溫反應得到。
3. 如權利要求l所述一種土豆膨脹淀粉碳化的多孔碳電流變液材料，其特征在于碳化催化劑 對甲基苯磺酸與土豆膨脹淀粉質量比為1: 60，碳化處理溫度在100-500'C之間。
4. 如權利要求l所述一種土豆膨脹淀粉碳化的多孔碳電流變液材料的制備方法，包括以下步 驟(1) 將10g土豆淀粉和50g去離子水混合攪拌，待分散完全后在100'C恒溫反應4h;反 應完成后得到半透明凝膠狀產物，將其置于5'C下冷藏3d;將冷藏后產物用無水乙醇50ml 浸泡洗滌2h，再于真空干燥箱內60'C下真空干燥12h，即得到白色的土豆膨脹淀粉顆粒；(2) 稱取85mg對甲基苯磺酸溶于50ml無水乙醇中，加入5g土豆膨脹淀粉，攪拌反應 12h，將乙醇蒸發得到白色的疏松粉體，該粉體置于真空干燥箱內于6(TC下真空干燥6h;(3) 將已催化處理的土豆膨脹淀粉置于陶瓷瓷舟中，在流量為100ml/min的氮氣氣氛下 于管式爐中煅燒5h，即制得黑色的多孔碳材料；(4) 將粉末狀的多孔碳顆粒與甲基硅油按照顆粒/硅油體積比為1: 9混合，在瑪瑙研缽 中研磨均勻，即制得土豆膨脹淀粉碳化的多孔碳電流變液。
全文摘要
本發明涉及一種土豆膨脹淀粉碳化的多孔碳電流變液材料，該電流變液材料的分散相為土豆膨脹淀粉碳化的多孔碳顆粒，連續相為甲基硅油。利用淀粉的糊化和老化性質，制備膨脹淀粉，再通過控制不同的碳化溫度得到不同孔結構的多孔碳材料。這種多孔碳電流變液由于分散相的多孔結構和較小的密度而能夠獲得較好的抗沉降性能。同時，通過不同的溫度煅燒，可以使得多孔碳電流變液材料的介電性能得到調節，從而具有不同的電流變效應。
文檔編號C10M107/50GK101323808SQ20071001805
公開日2008年12月17日 申請日期2007年6月15日 優先權日2007年6月15日
發明者喬蔭頗, 趙曉鵬 申請人:西北工業大學