[發明專利]一種硅橡膠基多孔介電彈性體復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610917325.5
• 申請日: 2016-10-21
• 公開（公告）號: CN106633891B
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 劉正英;熊蓮;鄭少笛;楊偉;楊鳴波;謝邦互
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C08L83/04
• 分類號: C08L83/04;C08L71/02;C08K7/24;C08K3/04;C08J9/28
• 代理公司: 51232 成都點睛專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 劉文娟<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明涉及硅橡膠基多孔介電彈性體復合材料，具體涉及具有高介電常數、低介電損耗以及低楊氏模量的硅橡膠基多孔介電彈性體復合材料及其制備方法。本發明提供一種硅橡膠基介電彈性體復合材料，其原料為：聚二甲基硅氧烷、固化劑、聚乙二醇和導電填料，各原料的配比為：聚二甲基硅氧烷與固化劑的質量比為5：1～40：1，聚二甲基硅氧烷與聚乙二醇的質量比為17：10～88：1，導電填料占聚二甲基硅氧烷/聚乙二醇/固化劑總質量的質量百分比大于0且小于等于2.7％；并且，所述復合材料具有均勻的微孔結構，導電填料選擇性分布在聚二甲基硅氧烷與聚乙二醇的界面處。本發明所得硅橡膠基多孔介電彈性體復合材料具有高介電常數、低介電損耗以及低楊氏模量的特點。

技術領域

本發明涉及硅橡膠基多孔介電彈性體復合材料，具體涉及具有高介電常數、低介電損耗以及低楊氏模量的硅橡膠基多孔介電彈性體復合材料及其制備方法。

背景技術

在科技發展迅猛的當今時代，以聚合物基介電彈性體為代表的智能材料已經越來越接近我們的生活。介電彈性體可耦合電場和力場，即在介電彈性體薄膜兩側涂覆柔性電極后，當在兩個電極間施加電壓差，介電彈性體薄膜會在厚度上收縮和面積上伸展，從而將電能轉變為機械能。介電彈性體具有柔性好、加工性優、電機驅動形變大等特點，在人工肌肉、微型機器人、平面擴音器、智能仿生、航空航天、能量收集裝置、傳感裝置等領域應用前景廣闊；尤其硅橡膠基介電彈性體是最具潛力的理想介電彈性體驅動材料。

介電彈性體驅動器的工作原理可用公式表示：s＝-p/Y＝-ε₀ε_rE²/Y，式中：E為施加電場強度，ε_o＝8.854×10^-12F·m^-1是真空介電常數，ε_r是彈性體薄膜的相對介電常數，s是彈性體厚度方向的形變，Y是其楊氏模量(Pelrine R,Kornbluh R,Pei Q,et al.High-speed electrically actuated elastomers with strain greater than 100％[J].Science,2000,287(5454):836-839.)。由此可見介電彈性體的電機械響應能力與該材料的相對介電常數和場強的平方成正比，與楊氏模量成反比。

目前，為了獲得更大的電致形變，很多研究者通過向彈性體中添加高介電填料(無機陶瓷填料和導電粒子)的方式來提高介電彈性體的介電常數。如，Yanju Liu等在“Dielectric elastomer film actuators:characterization,experiment and analysis[J]”(Smart Materials and Structures,2009,18(9):095024)一文中介紹了以硅橡膠為基體材料，以介電常數超過3000的鈦酸鋇為填料制備出介電彈性體復合材料。但由于陶瓷填料的硬度較大，所得復合材料的介電常數隨著填料用量的增加而上升的同時模量也大幅上升，使其需要在很高的電壓下才能產生形變；而且大量的鈦酸鋇與硅橡膠基體的相容性差，難以均勻分散，易引起局部電場過高，材料的擊穿電壓下降。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供了一種高介電常數、低介電損耗以及低楊氏模量的硅橡膠基多孔介電彈性體復合材料及其制備方法。

本發明的技術方案：

本發明提供了一種硅橡膠基介電彈性體復合材料，其原料為：聚二甲基硅氧烷、固化劑、聚乙二醇和導電填料，各原料的配比為：聚二甲基硅氧烷與固化劑的質量比為5：1～40：1，聚二甲基硅氧烷與聚乙二醇的質量比為17：10～88：1，導電填料占聚二甲基硅氧烷/聚乙二醇/固化劑總質量的質量百分比大于0且小于等于2.7％；并且，所述復合材料具有均勻的微孔結構，導電填料選擇性分布在聚二甲基硅氧烷與聚乙二醇的界面處。

進一步，所述導電填料選自碳納米管、炭黑、石墨或石墨烯；優選為碳納米管。