介電彈性體材料（DEs）是一類能在外加電場作用下,快速實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的智能復(fù)合材料。由于它具有電致形變大、響應(yīng)時間短和可反復(fù)使用等特點(diǎn),DEs在變體機(jī)器人、航空飛行器、電驅(qū)動器和智能可穿戴等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。目前,DEs面臨的最大挑戰(zhàn)是較低的本征介電常數(shù)和過高的驅(qū)動電場（大于25 V/μm）,增加了其在實(shí)際應(yīng)用中的局限性。因此,如何實(shí)現(xiàn)低電壓產(chǎn)生高電致形變量已然成為介電彈性體材料的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。根據(jù)介電彈性體驅(qū)動理論模型,提高材料介電常數(shù)是實(shí)現(xiàn)高性能的介電彈性體材料的關(guān)鍵因素,同時在滿足應(yīng)用要求的同時降低其彈性模量。本論文主要研究內(nèi)容如下。1.“三明治”結(jié)構(gòu)石墨烯復(fù)合聚氨酯介電彈性材料的研究。利用經(jīng)典Hummers法制備得到氧化石墨烯,復(fù)合親水性良好的二氧化鈦（TiO2）,制備了高介電常數(shù)的“三明治”結(jié)構(gòu)的石墨烯/TiO2/石墨烯的無機(jī)復(fù)合填料,通過溶液混合法將其與熱塑性聚氨酯（TPU）復(fù)合澆筑成膜,得到具有隔離結(jié)構(gòu)的石墨烯/二氧化鈦-聚氨酯（rGO/TiO2-TPU）介電彈性體復(fù)合材料,相應(yīng)的電導(dǎo)率小于10-8 S·m-1。新型填料在適當(dāng)增強(qiáng)介電彈性體的介電常數(shù)的同時,... 

【文章來源】：北京化工大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：95 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１常見的介電彈性體材料應(yīng)用領(lǐng)域示意圖??Ｆｉｇ．?１－１?Ｃｏｍｍｏｎ?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ｆｉｅｌｄｓ?ｏｆ?ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｅｌａｓｔｏｍｅｒ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ??

?北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文???Ｉ?１來?Ｉ??ｎ＾４ｍｍｎ０ｗＡｍｗ??Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ?ｍｕｓｃｌｅ?Ｖａｒｉａｎｔ?ａｉｒｃｒａｆｔ??圖１－１常見的介電彈性體材料應(yīng)用領(lǐng)域示意圖??Ｆｉｇ．?１－１?Ｃｏｍｍｏｎ?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ｆｉｅｌｄｓ?ｏｆ?ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｅｌａｓｔｏｍｅｒ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ??ｕ．ｉ介電彈性體驅(qū)動工作機(jī)理??Ｖｏｌｔａｇｅ?ｏｆｆ??Ｃｏｍｐｌｉａｎｔ??ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ???．…＂?￣??Ｅｌａｓｔｏｍｅｒ????ｆｉｌｍ?Ｃｏｒｓｓ?ｓｅｃｔｉｏｎａｌ?ｖｉｅｗ??Ｖｏｌｔａｇｅ?ｏｎ??，＂廠ｖ?…賢…??＊Ｔ?Ｃｏｒｓｓ?ｓｅｃｔｉｏｎａｌ?ｖｉｅｗ??圖１－２介電彈性體驅(qū)動器的工作機(jī)理［３】??Ｆｉｇ．?１?－２?Ｗｏｒｋｉｎｇ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｅｌａｓｔｏｍｅｒ?ｄｒｉｖｅｒ＊３１??介電彈性體驅(qū)動器是夾層結(jié)構(gòu)器件，主要由中間層介電彈性體薄膜和其上下表層??柔性電極所設(shè)計(jì)組成［６］。如圖１－２所示，當(dāng)在介電彈性體驅(qū)動器表面施加外部直流電??場，材料內(nèi)部的電荷受外加電場作用重新排列，材料出現(xiàn)電荷極化效應(yīng)，由于在電場??的持續(xù)作用下，材料表面的同種電荷逐漸聚集，形成同種電荷排斥現(xiàn)象，宏觀表現(xiàn)為??材料橫向擴(kuò)展，縱向收縮變薄，實(shí)則是材料內(nèi)部同種電荷之間互斥，上下表面的電荷??２??

文的研宄內(nèi)容，主要也??是由于界面極化導(dǎo)致的介電常數(shù)變化。??Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ??■?Ｉ?■?ｔ?■＿■■■■，?■?■?ｌＬ?？??Ｉ？?？？?Ｉ?｜：｜?Ｈ：｜?ＩＩ?ＩＩ??＼＼Ｓ?＾＼＼?１：１Ｑｑ?ｙ?１１?１１??Ｆｉｘｅｄ?ｃｈａｒｇｅ?Ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ?ｃｈａｒｇｅ?Ｇｒａｉｎ?ｂｏｕｎｄａｎ?ｏｒ??ｍ?■?■?ｉｎｔｅｒｆａｃｅ??Ｍｏｂｉｌｅ?ｃｈａｒｇｅ??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）??圖１４電介質(zhì)的界面極化機(jī)理圖??Ｆｉｇ．?１－４?Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｄｉａｇｒａｍ??如圖１＊４所示，（ａ）具有數(shù)量一致的可移動正離子和固定負(fù)離子的晶體材料。在??沒有場效應(yīng)的環(huán)境下，晶體全部的正電荷和負(fù)電荷之間都存在一定的間隔。（ｂ）在??施加電場的情況下，可移動的正電子向負(fù)電極遷移并在那里積累，從而導(dǎo)致電介質(zhì)中??負(fù)電荷和正電荷之間完全隔離。因此，電介質(zhì)表現(xiàn)出界面極化。（ｃ）不同材料之間??的晶界和界面經(jīng)常引起界面極化。??１．１．２．３彈性模量??在一定的拉伸范圍內(nèi)，彈性模量是應(yīng)力應(yīng)變的比值。由公式１－２可知，電力學(xué)敏??感因子與彈性模量成反比，與其介電常數(shù)成正比，因此，降低材料彈性模量，同時提??高介電常數(shù)，可以得到高電致形變的介電彈性體。另外，在實(shí)際的應(yīng)用中，要求材料??需具有一定的力學(xué)強(qiáng)度以滿足實(shí)際的使用要求［１９］。常見用于降低材料彈性模量的方法??主要有添加增塑劑，比如聚二甲基硅氧烷（ＰＤＭＳ）、丙三醇等多元醇有機(jī)小分子，??６??


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