【摘要】：介電彈性體是電活性聚合物材料的一種,其特點是在外加電場作用下能夠發(fā)生體積或者尺寸的變化,從而將電能轉(zhuǎn)化為機械能,且該材料也能將機械能轉(zhuǎn)化為電能。介電彈性體因其響應(yīng)速度快(1ms)和能量密度高等優(yōu)點在傳感器、驅(qū)動器、能量獲取器件、生物醫(yī)用及航空航天等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。為在較低驅(qū)動電場中獲得較大應(yīng)變,可提高介電彈性體的介電常數(shù)或者降低彈性模量。因此本研究致力于提高介電彈性體介電常數(shù)并使其保持較低楊氏模量。本研究以丙烯酸丁酯、苯乙烯和丙烯酸羥乙酯為單體,采用自由基聚合法制備了丙烯酸酯彈性體(AR),并通過~1H-NMR和FT-IR對產(chǎn)物進行了表征。以AR為基體樹脂,以合成的兩種新型雜化石墨烯為填料分別制備了兩種高介電常數(shù)低損耗丙烯酸酯彈性體納米復(fù)合材料。將合成的三元共聚聚苯胺(d-PANI)和γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷水解反應(yīng)合成的超支化聚硅氧烷(HBSi)通過開環(huán)反應(yīng)制備出聚硅氧烷改性聚苯胺(HBSiPA),通過核磁共振和紅外光譜證明HBSiPA的成功合成。此外,HBSiPA的溶解性,熱穩(wěn)定性均優(yōu)于d-PANI。然后將HBSiPA和熱還原氧化石墨烯進行雜化制備出第一種新型雜化石墨烯—改性聚苯胺-石墨烯(HBSiPA-TrGO)。采用兩步法合成磺酸丙基咪唑類離子液體(IL),在化學(xué)還原氧化石墨烯表面進行原位聚合制備得第二種新型石墨烯雜化物—聚離子液體-石墨烯(PILs-CrGO)。通過XPS、FT-IR、UV-vis和Raman等表征手段表明HBSiPA和TrGO之間,PILs和CrGO存在強烈的π π相互作用。通過XRD、SEM、TEM和AFM等技術(shù)表明在HBSiPA和PILs的修飾下有利于剝離石墨烯片層,有效地阻止石墨烯的團聚和堆垛。將這兩種新型雜化石墨烯作為導(dǎo)電填料分別加入AR中,制備了不同填料含量的丙烯酸酯彈性體復(fù)合材料。同時,制備了以未改性石墨烯為填料的復(fù)合材料以作比較。通過SEM和XRD分析可知在石墨烯表面引入HBSiPA或者PILs有助于提高其在基體中的分散性。DSC和TGA分析表明新型雜化石墨烯提高了AR的熱穩(wěn)定性�；谟鉂B理論,結(jié)合電導(dǎo)率曲線擬合出HBSiPA-TrGO/AR和PILs-CrGO/AR復(fù)合材料的逾滲閾值分別為2.42 vol%和1.71 vol%。在100Hz處,2.83 vol%HBSiPA-TrGO/AR和1.69 vol%PILs-CrGO/AR復(fù)合材料的介電常數(shù)分別高達355和640,其介電損耗分別低至0.37和0.34。這兩種復(fù)合材料的介電性能均優(yōu)于未改性石墨烯/丙烯酸酯彈性體復(fù)合材料的介電性能。通過模擬電路擬合及分析得出介電性能的提高歸因于石墨烯雜化物導(dǎo)電通路的形成和增強的MWS極化效應(yīng)。此外,這兩種復(fù)合材料柔性很好,楊氏模量均低于5 MPa,適用于制造傳感器、驅(qū)動器等器件。
【圖文】：

高介電常數(shù)丙烯酸酯彈性體基復(fù)合材料的制備及性能研究合物一般需要在電解液下工作，以便于離子或者分子能在其中在，離子型電活性聚合物與可響應(yīng)材料具有一些相同的特性�；蛘邞�(yīng)變會引起離子的遷移和擾亂電荷分布；離子運輸?shù)诫姌O會影響到應(yīng)用（傳感器，驅(qū)動器）的整體結(jié)果。大多數(shù)離子型電高分子（Conducting Polymers，CPs）、離子聚合物-金屬omposites，IPMCs）、離子聚合物凝膠（IonicPolymerGels，分子

圖 1. 2 離子聚合物-金屬復(fù)合材料驅(qū)動機理示意圖-金屬復(fù)合材料能夠在較低電壓（1-5 V）驅(qū)動下發(fā)生彎曲，由覆在聚合物膜表面薄薄的金屬微粒（通常為鉑或金納米粒子）體為在相互連接簇中負離子的固定聚合物網(wǎng)絡(luò)中陽離子的遷移電極是分散在聚合物表面親水區(qū)域的金屬離子，后續(xù)研究金屬膜施加偏壓，引起膜內(nèi)離子濃度變化使其可移動離子遷移至帶的一側(cè)發(fā)生收縮另一側(cè)發(fā)生溶脹，從而實現(xiàn)薄膜的彎曲，如圖由于聚合物中已經(jīng)建立的壓力梯度，薄膜將稍加回復(fù)。盡管這其驅(qū)動形變一般低于 3%以及水合需求遠不能達到應(yīng)用要求[26]比，，非常有發(fā)展前景的三層 IMPs 已經(jīng)迅速發(fā)展起來，其在最，顯著提高了彎曲率[27]。聚合物凝膠凝膠由交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)（通常為聚丙烯酸凝膠）以及填充在聚28]。這類材料是一種水凝膠，一種可以在水中發(fā)生溶脹的交聯(lián)聚
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB33

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 黨智敏,王嵐,王海燕;新型智能材料:電活性聚合物的研究狀況[J];功能材料;2005年07期

2 汪水平,何麗紅,翁睿,肖峰,譚輝;質(zhì)子酸摻雜聚苯胺導(dǎo)電材料的合成[J];纖維復(fù)合材料;2005年01期

本文編號：2624547