低模量硅橡胶基介电弹性体复合材料性能表征与驱动行为研究
介电弹性体是一类能够在电场作用下产生较大驱动力与驱动形变的电活性聚合物材料。由于其功能性优异，可以在电子通讯，信息工程及生物医疗领域具有非常大的应用潜能。特别是其在驱动器，传感器及人造肌肉研究上的应用也得到广泛认可。介电弹性体材料的介电性能，力学性能，复合材料的界面结构对其电致驱动功能性有直接影响。驱动过程基本理论分析也是研究者关注的热点。
本论文采用与提高介电常数的普遍研究方向不同的思路，通过在二氧化钛/硅橡胶复合材料中添加不同含量的增塑剂以改变介电弹性体复合材料体系的弹性模量，进而实现对其驱动性能的调控。结果表明:添加增塑剂可使得材料的模量大幅降低，添加100份增塑剂可使电致驱动敏感度提高550％，并使得驱动形变在30V·μm-1的较低驱动场强下提高230％。使我们合成的硅橡胶基复合材料在力学及电致驱动敏感度上与3MVHB4910材料相媲美。我们利用不同的硅烷偶联剂对纳米粒子表面进行修饰，通过将这些不同表面结构的纳米粒子制备的复合材料进行表征。以进而对填料粒子与基体材料界面结构对介电弹性体材料功能性的影响进行探究。研究发现，复合材料的界面结构对其功能性影响很大，KH550是一种有效的表面改性剂。少量的KH550可使得复合材料电致驱动敏感度提升56％。我们利用静电微元法成功模拟了介电弹性体材料在驱动过程中发生如褶皱及膨胀等电机不稳现象。并对原本介电弹性体材料的形变计算公式进行修正。通过对实验数据进行分析得到修正公式可以对介电弹性体复合材料的驱动行为做出更为准确的描述。
介电弹性体;电活性聚合物;硅橡胶;表面改性;复合材料;弹性模量;性能表征;驱动行为
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
党智敏
2012
中文
TB332;TQ333.93
105
2012-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）