介電彈性體(Dielectric Elastomer)是一種在外加電場(chǎng)激勵(lì)下發(fā)生大變形,實(shí)現(xiàn)電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的智能軟材料,被認(rèn)為是新一代的人工肌肉,作為柔性驅(qū)動(dòng)器、傳感器和機(jī)械能收集器,在智能仿生、柔性機(jī)器人、航空航天、智能醫(yī)療器件、可穿戴器件等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。目前介電彈性體仍局限于從商業(yè)產(chǎn)品篩選而得的彈性體,其性能難以滿足應(yīng)用要求;介電彈性體驅(qū)動(dòng)器的制備尚難實(shí)現(xiàn)定制化、連續(xù)化、自動(dòng)化地加工高度集成、具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的一體化驅(qū)動(dòng)器群,限制了介電彈性體的潛在應(yīng)用空間。本論文針對(duì)上述兩個(gè)重要問題展開研究,設(shè)計(jì)制備了性能優(yōu)異的三嵌段共聚物介電彈性體材料,發(fā)展了纖維狀介電彈性體驅(qū)動(dòng)器的3D打印方法并制得具有一體化結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器群。主要?jiǎng)?chuàng)新性成果如下:(1)利用RAFT乳液聚合技術(shù)設(shè)計(jì)制備了系列聚(苯乙烯-b-丙烯酸酯-b-苯乙烯)介電彈性體材料,探究了聚丙烯酸酯側(cè)基大小對(duì)聚合物力學(xué)性能、介電性能、驅(qū)動(dòng)性能的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn):隨著側(cè)基的增大,鏈纏結(jié)密度下降,模量降低,在無預(yù)拉伸測(cè)試條件下,具有較大側(cè)基的聚丙烯酸異辛酯具有較高的能量密度(4.4 kJ/m3)和驅(qū)動(dòng)應(yīng)變(25%),與哺乳動(dòng)物骨骼...

【文章頁數(shù)】：133 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 本文研究?jī)?nèi)容
第二章 文獻(xiàn)綜述
    2.1 介電彈性體
        2.1.1 介電彈性體驅(qū)動(dòng)原理
        2.1.2 影響介電彈性體驅(qū)動(dòng)性能的因素
        2.1.3 介電彈性體材料
        2.1.4 介電彈性體驅(qū)動(dòng)器
    2.2 RAFT乳液聚合制備熱塑性介電彈性體
        2.2.1 RAFT聚合
        2.2.2 RAFT乳液聚合制備熱塑性彈性體
    2.3 墨水直寫3D打印技術(shù)
    2.4 課題的提出
第三章 RAFT乳液聚合法制備聚苯乙烯/丙烯酸酯嵌段共聚物
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)部分
        3.2.1 原料及處理
        3.2.2 小分子RAFT試劑的合成與表征
        3.2.3 雙親性大分子RAFT試劑的合成與表征
        3.2.4 聚苯乙烯-聚丙烯酸酯-聚苯乙烯三嵌段共聚物的合成
        3.2.5 聚苯乙烯-聚丙烯酸酯-聚苯乙烯三嵌段共聚物的表征方法
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 嵌段共聚物的合成與表征
        3.3.2 聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度
        3.3.3 聚合物的相形態(tài)
        3.3.4 聚合物的力學(xué)性能
        3.3.5 聚合物動(dòng)態(tài)力學(xué)分析
    3.4 本章小結(jié)
第四章 聚苯乙烯/丙烯酸酯三嵌段共聚物介電驅(qū)動(dòng)性能研究
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)部分
        4.2.1 實(shí)驗(yàn)樣品的制備
        4.2.2 介電驅(qū)動(dòng)性能表征方法
        4.2.3 各向異性樣品的制備
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 聚合物的介電性能
        4.3.2 介電驅(qū)動(dòng)變形性能研究
        4.3.3 各向異性介電驅(qū)動(dòng)性能研究
    4.4 本章小結(jié)
第五章 墨水直寫3D打印技術(shù)制備纖維狀介電彈性體驅(qū)動(dòng)器
    5.1 引言
    5.2 實(shí)驗(yàn)部分
        5.2.1 原料及處理
        5.2.2 電極擠出材料的制備
        5.2.3 介電彈性體擠出材料的制備
        5.2.4 擠出材料的性能表征
        5.2.5 纖維狀介電彈性體驅(qū)動(dòng)器打印過程
        5.2.6 單根介電彈性體纖維狀驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)性能測(cè)試
        5.2.7 介電彈性體纖維束狀驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)性能測(cè)試
        5.2.8 介電彈性體纖維束的可編程驅(qū)動(dòng)
        5.2.9 介電彈性體纖維驅(qū)動(dòng)的有限元模擬
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 墨水直寫3D打印技術(shù)制備單根介電彈性體纖維
        5.3.2 介電彈性體纖維狀驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)原理
        5.3.3 介電彈性體纖維狀驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的電/力耦合數(shù)學(xué)模型
        5.3.4 單根介電彈性體纖維狀驅(qū)動(dòng)器性能研究
        5.3.5 介電彈性體纖維束狀驅(qū)動(dòng)器性能研究
        5.3.6 介電彈性體纖維束狀驅(qū)動(dòng)器的可重構(gòu)驅(qū)動(dòng)
        5.3.7 墨水直寫3D打印技術(shù)制備介電彈性體纖維與現(xiàn)有方法的比較
    5.4 本章小結(jié)
第六章 基于介電彈性體纖維的復(fù)雜變形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制備
    6.1 引言
    6.2 實(shí)驗(yàn)部分
        6.2.1 打印材料的制備
        6.2.2 復(fù)雜結(jié)構(gòu)的介電彈性體驅(qū)動(dòng)器的打印過程
        6.2.3 介電彈性體線圈柱狀驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)性能測(cè)試
        6.2.4 介電彈性體驅(qū)動(dòng)器復(fù)雜變形的三維形貌測(cè)量
        6.2.5 介電彈性體驅(qū)動(dòng)器復(fù)雜變形的有限元模擬
    6.3 結(jié)果與討論
        6.3.1 單層結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器變形
        6.3.2 雙層結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器變形
        6.3.3 多層結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器變形
        6.3.4 圖案化電極結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器變形
    6.4 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論及創(chuàng)新點(diǎn)
    7.1 結(jié)論
    7.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    7.3 未來工作展望
參考文獻(xiàn)
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的研究成果
致謝



本文編號(hào)：3837508