外加电场对聚苯乙烯/银填充硅橡胶介电弹性体性能的影响研究

摘要

当前由于介电弹性体在众多方面表现出良好的性能，诸如较高的介电常数，较低的弹性模量，较快的响应速率以及较好的加工性能，使得众多研究者们对其作出了大量的研究，介电弹性体领域目前所存在的问题是在较大的驱动电压下才使介电弹性体发生显著的形变量，这一缺点使其很难得到应用。本文通过在硅橡胶介电弹性体成型过程中施加外加电场诱导，使得介电颗粒在硅橡胶基体中排列，进而探究不同的排列情况对介电弹性体复合材料的性能影响，本文的研究目的旨在提高介电弹性体复合材料的介电性能，同时将其模量维持在较低值，从而使得介电弹性体复合材料能在较低的驱动电压下有较大的电致形变。主要内容如下:
　　1、向硅橡胶基体中填充不同含量的PS/PDA/Ag/PDA介电颗粒制备介电弹性体复合材料，研究不同介电颗粒填充量对介电弹性体复合材料性能的影响。结果表明，随着介电颗粒的不断增加，介电弹性体复合材料的模量也不断增加，纯硅橡胶的模量为0.38MPa，填充25phr介电颗粒的介电弹性体复合材料的模量为1.82MPa。同时随着介电颗粒的不断增加，材料的介电常数也不断上升，在频率为100Hz时，纯硅橡胶的介电常数为3.9，填充25phr介电颗粒的介电弹性体复合材料的介电常数为7.8。电致形变方面，在4kV/mm时，纯硅橡胶的电致形变量为2.1％，25phr介电颗粒填充量的介电弹性体复合材料的电致形变量为7.9％。
　　2、介电弹性体复合材料的制备过程中，辅以不同方向的外电场，使得介电弹性体复合材料的内部颗粒排列，继而探究电场的方向对介电弹性体复合材料性能的影响。在制备介电弹性体复合材料过程中，不施加电场的情况下，各组分的介电颗粒在硅橡胶基体中均未能形成排列的颗粒链。当制备过程中施加水平外加电场，介电颗粒填充量在10phr、15phr时，由于介电颗粒数量较少，因而没能在硅橡胶基体中形成明显的有序排列的颗粒链。当介电颗粒填充量提高到20phr、25phr时，由于介电颗粒数量的增多，再由外电场的诱导下，在介电弹性体复合材料的水平方向上，介电颗粒之间形成有序排列的颗粒链。施加垂直外加电场所制备的介电弹性体复合材料与施加水平外加电场所制备的介电弹性体复合材料类似，即内部颗粒在垂直于材料表面的方向上排列。
　　3、研究不同的电场强度对介电弹性体复合材料性能的影响。在制备介电弹性体过程中，施加150V/mm和200V/mm两种不同的外加电场制备介电弹性体复合材料，结果表明，在水平外加电场下，相比于150V/mm的外加电场，200V/mm的外加电场可以使得介电弹性体复合材料中的介电颗粒排列得更加有序，同时使得其模量更低、介电常数以及电致形变量更高，当介电颗粒填充量均为25phr时，施加150V/mm的水平外加电场所制备的介电弹性体复合材料的模量是1.21MPa，在100Hz下的介电常数是8.8，在4kV/mm的电场强度下的电致形变量为9.5％;施加200V/mm的水平外加电场所制备的介电弹性体复合材料的模量是0.86MPa，在100Hz下的介电常数是10.2，在4kV/mm的电场强度下的电致形变量为10.7％;施加150V/mm的垂直外加电场所制备的介电弹性体复合材料的模量是2.02MPa，在100Hz下的介电常数是7.6，在4kV/mm的电场强度下的电致形变量为7.1％;施加200V/mm的水平外加电场所制备的介电弹性体复合材料的模量是1.14MPa，在100Hz下的介电常数是7.8，在4kV/mm的电场强度下的电致形变量为7.5％。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 介电弹性体

1．1．1 介电弹性体简介

1．1．2 介电弹性体驱动原理

1．2 介电弹性体研究进展

1．2．1 丙烯酸类介电弹性体材料

1．2．2 聚氨酯类介电弹性体

1．2．3 硅橡胶类介电弹性体

1．3 电活性聚合物

1．3．1 电子型电活性聚合物

1．3．2 离子型电活性聚合物

1．4 影响介电弹性体性能的因素

1．5 介电弹性体面临的挑战

1．6 本文的主要研究内容选题意义和创新点

1．6．1 本文的主要研究内容和选题意义

1．6．2 本文的创新点

第二章 实验部分

2．1 主要化学药品

2．2 主要实验仪器

2．3 主要实验步骤

2．3．1 制备PS微球

2．3．2 制备PS／Ag复合微球

2．3．3 介电弹性体复合材料的制备

2．4 主要分析表征手段

2．4．1 结构表征

2．4．2 性能表征

第三章 PS／Ag复合微球的制备与表征

3．1 引言

3．2 结果与讨论

3．2．1 PS微球的形貌表征

3．2．2 PS／PDA微球的形貌表征

3．2．3 PS／PDA／Ag复合微球的形貌表征

3．3 小结

第四章 外加电场对PS／Ag复合微球填充硅橡胶介电弹性体性能的影响研究

4．1 引言

4．2 结果与讨论

4．2．1 介电颗粒微观形貌分析

4．2．2 介电颗粒／硅橡胶介电弹性体复合材料微观形貌分析

4．2．3 介电颗粒／硅橡胶介电弹性体复合材料的力学性能

4．2．4 介电颗粒／硅橡胶介电弹性体复合材料的介电性能分析

4．2．5 介电颗粒／硅橡胶介电弹性体复合材料的电致形变分析

4．3 小结

第五章 结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术成果

致谢

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