[發(fā)明專利]一種多層非對稱石墨烯硅橡膠介電復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811003555.6
• 申請日: 2018-08-30
• 公開（公告）號: CN109181311B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 翟天亮;熊莎;劉建生;何宇洋;張春梅;詹超;盧俏;吳任剛;吳嘉俊;王堯;劉亞飛
• 申請（專利權(quán)）人: 貴州省建材產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院
• 主分類號: C08L83/04
• 分類號: C08L83/04;C08K3/04;C08J7/04
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 徐瑛;祝蓉蓉

本發(fā)明公開了一種多層非對稱石墨烯硅橡膠介電復(fù)合材料及其制備方法，所述介電復(fù)合材料通過旋涂法制備，底層為純硅橡膠，上層為單層或多層石墨烯改性硅橡膠復(fù)合材料。石墨烯改性硅橡膠復(fù)合材料層是將通過氧化還原法制備的石墨烯與硅橡膠共同分散在有機(jī)溶劑中，控制石墨烯的質(zhì)量百分含量為0.1?1.0%，再將混合溶液單次或多次旋涂于純硅橡膠薄膜上，經(jīng)過固化后得到多層的具有非對稱電驅(qū)動性能的硅橡膠基介電彈性體復(fù)合材料。利用該方法制備的介電彈性體復(fù)合材料相比于純硅橡膠介電彈性體具有高介電常數(shù)、較低的楊氏模量以及厚度方向上的高電致形變量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于刺激響應(yīng)智能聚合物復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及多層非對稱石墨烯硅橡膠介電復(fù)合材料一種多層非對稱石墨烯硅橡膠介電復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

介電彈性體是具有高介電常數(shù)的彈性體材料，在外界電刺激下可改變形狀和體積，因此可以實(shí)現(xiàn)電動能轉(zhuǎn)換，是電活性聚合物的一個(gè)新興領(lǐng)域。介電彈性體具有質(zhì)輕、易加工、無噪聲、高延展性和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，是制備高性能驅(qū)動器的理想材料。

介電彈性體驅(qū)動器的工作原理可用公式表示：S=-ε₀ ε_r E²?Y，S為彈性體的電致形變，=8.854×10^-12 F·m^-1為真空介電常數(shù)，為彈性體薄膜的相對介電常數(shù)，Y為楊氏模量，E為施加電場強(qiáng)度（Ron Pelrine, Roy Kornbluh, Qibing Pei, Jose Joseph, High-speed electrically actuated elastomers with strain greater than 100%,Science, 2000, 287(5454):836-839）。可見介電彈性體的電機(jī)械相應(yīng)能力與該材料的介電常數(shù)成正比，與楊氏模量成反比。

硅橡膠基介電彈性體具有優(yōu)異的彈性、耐久性和快速響應(yīng)性，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電致驅(qū)動器領(lǐng)域中。但是純的硅橡膠介電常數(shù)較低，通常需要較高的激勵(lì)電場才能產(chǎn)生令人滿意的電致形變，這極大的限制了其應(yīng)用。近年來采用納米陶瓷或者導(dǎo)電納米粒子對其進(jìn)行功能化改性成為了提高硅橡膠介電彈性體的介電常數(shù)和電致形變的重要方法。例如，Yanju Liu等（Yanju Liu, Liwu Liu, Zhen Zhang, Jinsong Leng, Dielectricelastomer film actuators: characterization, experiment and analysis, SmartMaterials and Structures, 2009, 18(9):095024）將鈦酸鋇加入到硅橡膠基體中，制備了高介電常數(shù)的介電復(fù)合材料。但是由于陶瓷填料硬度高，介電常數(shù)提高的同時(shí)，模量也大幅增加，導(dǎo)致復(fù)合材料電致形變能力下降。同時(shí)由于陶瓷材料與硅橡膠基體相容性差，難以均勻分散，使得材料的擊穿場強(qiáng)下降。

另外，對于均質(zhì)的介電彈性體來說，即便通過外加填料的方式使得其介電常數(shù)大幅提高，其電致形變一般都被限制在平板狀介電材料所在平面內(nèi)，很少能夠在厚度方向上獲得高的電致形變。中國專利申請?zhí)枺?01510814610.X《一種導(dǎo)電高分子非共價(jià)修飾石墨烯改性電動能轉(zhuǎn)換聚合物材料的方法》采用非共價(jià)鍵功能化的石墨烯改性聚氨酯介電彈性體，制備了一種均質(zhì)的電動能轉(zhuǎn)換復(fù)合材料。該材料在32.2 MV/m的電場作用下厚度方向上的電致形變值達(dá)到162%。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供了一種多層非對稱石墨烯硅橡膠介電復(fù)合材料，在厚度方向上具有優(yōu)異的電致形變性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種多層非對稱石墨烯硅橡膠介電復(fù)合材料，其特征在于：所述介電彈性體復(fù)合材料包括底層和上層的多層結(jié)構(gòu)，其中底層為純硅橡膠層，上層為石墨烯改性硅橡膠復(fù)合材料層，所述上層的層數(shù)為一層、兩層或者三層。

進(jìn)一步地，所述石墨烯改性硅橡膠復(fù)合材料層中的石墨烯添加量按重量百分比計(jì)為0.1-1.0%。