【摘 要】
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介电弹性体(DE)是一种可以实现机械能和电能相互转换的智能材料。由于其良好的机械柔韧性,易于加工,重量轻和生物相容性等,DE在驱动器领域具有广阔的应用前景。为了使DE在驱
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介电弹性体(DE)是一种可以实现机械能和电能相互转换的智能材料。由于其良好的机械柔韧性,易于加工,重量轻和生物相容性等,DE在驱动器领域具有广阔的应用前景。为了使DE在驱动器领域中得到更好的应用,制备出一种介电性能高,弹性模量低,在较小的驱动电压下产生较大形变的DE成为了研究的重点。硅橡胶主链由硅和氧原子交替构成,具有出色的加工性能,电绝缘性和低成本等优点,是一种非常理想的介电弹性体材料。本文中先后采用了室温固化的端羟基缩合硅橡胶(SR)以及高温硫化的甲基乙烯基硅橡胶(MVSR)作为基体材料,加入钛酸钡(BT),二氧化钛(TO),氮化硼(BN),氧化锌(ZnO)等无机填料制备了各种介电弹性体复合材料并进行了研究。在本文第三章中,采用溶液共混法制备了 SR/BT,SR/TO,SR/BT/BN,SR/TO/BN,SR/BT/ZnO,SR/TO/ZnO等复合材料,发现加入BN,ZnO后能提高复合材料的力学性能,介电性能和电击穿强度,且BN在提高复合材料的电击穿强度方面的效果更明显。在本文第四章中,以MVSR为基体,通过机械共混法制备了MVSR/BT,MVSR/BN,MVSR/BT/BN等复合材料,发现BN可以充当物理屏障改善BT纳米颗粒的分散性,因此MVSR/BT/BN复合材料可实现更高的电击穿强度。随后选用了几种改性剂(硬脂酸(SA)、曲拉通(Q)、硅烷偶联剂(KH550、KH570、Si747和Si69))对BT进行改性。研究发现,Si747上的巯基可以与MVSR的双键反应,从而增加了界面相互作用,进而改善机械性能。结果表明,MVSR/30wt%BT-Si747/30wt%BN复合材料的拉伸强度和断裂伸长率为3.43MPa和2705%,是 MVSR/30wt%BT/30wt%BN 的 2.4 倍和 4.4 倍。MVSR/BT-Si747/BN复合材料由于介电常数的增加和模量的降低,在较低的电场下表现出较高的驱动性能。MVSR/10wt%BT-Si747/10wt%BN复合材料在47.48 kV/mm时可获得8.81%的电致形变,是纯MVSR的两倍(在 60.21 kV/mm 时为 4.4%)。在本文的第五章中,通过机械共混法制备了 MVSR/TO,MVSR/TO/BN等复合材料,发现填料的微纳米组合有助于提高复合材料的性能,因此分别设计了 TO与BN(微微组合(μμ),微纳组合(μn),纳微组合(nμ)以及纳纳组合(nn))的四种关于不同的粒径组合。在填料质量份数低时,微微组合获得了最高的电击穿强度,MVSR/10wt%μTO/10wt%μBN复合材料的电击穿强度为67.20 kV/mm,比纯MVSR的电击穿强度提高了 12%。当填料质量份数高时,微纳米组合的力学和电击穿性能远超于微微组合以及纳纳组合的。
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