【摘 要】
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介电弹性体（DE）在柔性驱动器（DEA,人工肌肉）和传感器（DES,电子皮肤）领域中应用前景巨大。尽管DEA/DES已经实现了部分的商业化,但现有的DEA/DES器件存在聚合物母体膜的介电常数低、粘弹性高等缺陷,导致制备的器件存在蠕变、电击穿、机械损失、粘弹性滞后等问题。本论文从聚合物加工改性基础出发,着力于制备高介电、高弹性、低粘性的氯乙烯（PVC）和硅橡胶（SR）弹性体制备,并将之用于DEA/
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介电弹性体（DE）在柔性驱动器（DEA,人工肌肉）和传感器（DES,电子皮肤）领域中应用前景巨大。尽管DEA/DES已经实现了部分的商业化,但现有的DEA/DES器件存在聚合物母体膜的介电常数低、粘弹性高等缺陷,导致制备的器件存在蠕变、电击穿、机械损失、粘弹性滞后等问题。本论文从聚合物加工改性基础出发,着力于制备高介电、高弹性、低粘性的氯乙烯（PVC）和硅橡胶（SR）弹性体制备,并将之用于DEA/DES。结果如下:（1）PVC凝胶存在低介电常数和高粘弹性的缺点,不仅降低了机电耦合能力,而且还削弱了驱动/传感的稳定性。本章节中,利用Michael加成反应合成了高取代度的氰乙基纤维素（CEC）并将之填充到PVC凝胶（PVCg）中。利用氰基的取向极化,获得高介电常数（18.93@1k Hz）、机电耦合灵敏度（65.88）的CEC/PVCg弹性体。由此制备了高力/位移输出的DEA和高基线电容、灵敏度的DES。由于CEC与PVCg分子之间存在强的相互作用,CEC/PVCg还表现出了极低的粘弹性,由此制备的DEA/DES展现出了高重复度、出色的稳定性和快速的机电响应性能。（2）SR的介电常数低,SR基DEA常常需要非常高的电压触发,普遍存在电击穿和蠕变风险。本章节中,将端羟基-聚二甲基硅氧烷（HO-PDMS）包封的炭黑（PCB）颗粒填充在富含乙烯基硅烷的有机硅（VRS）中,以获得介电性能和电击穿性能增强的PCB/VRS复合膜。与纯VRS膜相比,含有5.82 vol.%PCB的复合膜的杨氏模量和介电常数分别增加了613%和244%。HO-PDMS的封装有效地防止了相邻的CB颗粒形成导电网络,因此所得的PCB/VRS复合材料具有63.31 V/μm的增强击穿强度和0.078的衰减介电损耗。在7.14 V/μm的低电场下,与纯VRS膜DEA相比:PCB/VRS膜DEA的挠曲幅度增加1.91倍,面积应变增加2.79倍,力输出增加4.35倍。（3）填料的引入在提升基体的介电性能的同时,往往也补强了基体的力学性能,不利于DEA的大形变输出。论文在PVCg分子间引入聚多巴胺包裹的氧化锌（PDA@ZnO）颗粒,改变了PVCg内部分子之间的相互作用力,得到了介电性能增强,拉伸模量降低的PDA@ZnO/PVCg复合膜。与纯PVCg相比,PDA@ZnO/PVCg的拉伸模量降低了60.87%,介电常数提升了22.72%,机电灵敏度最高增加了156.25%,击穿强度最高增加了577.37%。在6.54 V/μm的脉冲电场下,产生了33.27%的大面积应变。
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