【摘 要】
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介电弹性体是一类能够在电场作用下产生较大驱动力和电致形变的电活性聚合物材料。由于其优异的介电性能、电致变形性能以及机械性能,在电子通讯,信息工程、娱乐生活及生物医疗领域具有非常大的应用潜力。特别是在传感器,驱动器及人造肌肉研究上的应用受到诸多学者的青睐。在不同种类的介电弹性体中,硅橡胶类的介电弹性体相较于其他种类的介电弹性体具有易成型、受温度影响较小、驱动响应速度快,且弹性性模量较低的特点,因此受
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介电弹性体是一类能够在电场作用下产生较大驱动力和电致形变的电活性聚合物材料。由于其优异的介电性能、电致变形性能以及机械性能,在电子通讯,信息工程、娱乐生活及生物医疗领域具有非常大的应用潜力。特别是在传感器,驱动器及人造肌肉研究上的应用受到诸多学者的青睐。在不同种类的介电弹性体中,硅橡胶类的介电弹性体相较于其他种类的介电弹性体具有易成型、受温度影响较小、驱动响应速度快,且弹性性模量较低的特点,因此受到广泛的关注。为了进一步提高硅橡胶类介电弹性体的介电性能,提高其电致变形性能,使其能够在较低电压下产生较大的变形,本文尝试开发一种新型的硅橡胶类介电弹性体复合材料。本文选用了美国道康宁公司的双组份液体硅橡胶介电弹性体基材,选择了具有高介电常数的纳米TiO2和纳米Ag作为填料填入其中,制备了Ag/TiO2复合PDMS介电弹性体,具体的工作内容如下:(1)通过改变介电弹性体原料PDMS组份A和组份B的质量配比,制备了五种PDMS介电弹性体,其中组份A是双键封端的聚二甲基硅氧烷加铂系催化剂,组份B是发挥作用的聚甲基硅氧烷。在这五种配比中,寻找到介电性能、机械性能以及电致变形性能都达到最佳的质量配比,该配比为1:10。(2)在此基础之上,填入纳米TiO2,更改其填入质量百分比,制备纳米TiO2复合PDMS介电弹性体,探讨不同填入质量百分比下,纳米TiO2复合PDMS介电弹性体介电性能与频率的关系,并分析了其机理。接着讨论了不同纳米TiO2填入质量百分比下,纳米TiO2复合PDMS介电弹性体的机械性能和电致变形性能,发现当比例为4%、8%及13%时,介电性能、机械性能以及电致变形性能达到最好。(3)在纳米TiO2复合PDMS介电弹性体中继续填入纳米Ag,更改其填入质量百分比,制成Ag/TiO2复合PDMS介电弹性体。因为纳米Ag的填入,提高了Ag/TiO2复合PDMS介电弹性体的介电性能和电致变形性能,可以用来制作智能机器人手臂零件,机器鱼的摇摆尾翼,但与此同时,Ag/TiO2复合PDMS介电弹性体弹性模量变大。(4)为了进一步降低弹性模量,通过制备和加入二甲基硅油溶液,对Ag/TiO2复合PDMS介电弹性体进行优化。制得优化后的Ag/TiO2复合PDMS介电弹性体不仅弹性模量相较优化前下降了50%,同时,介电性能和电致变形性能因为少了弹性模量的制约,也有了相应的提高,电致变形率达到了41.1%,较之优化前,提高了17%。(5)最终,本文确定了制备Ag/TiO2复合PDMS新型介电弹性体的制备工艺,即PDMS溶液AB组份质量配比为1:10,纳米TiO2填入质量分数为8%,纳米Ag填入质量分数为0.2%,同时加入二甲基硅油溶液,使得制得的新型介电弹性体弹性模量低,介电性能优异,电致变形效果好,可以在传感器、致动器等领域发挥重要作用。
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