电活性聚合物（EAP）是一类对电刺激能够产生尺寸或者形状变化的高分子材料。这一吸引人的特点使它们被称为“人造肌肉”。在过去的二十年里,这种对电刺激有形状或尺寸变化的新型聚合物的特性吸引了来自不同学科许多工程师和科学家的广泛关注。和主链全部或大部分为饱和键的柔性聚合物不同的是,聚合物主链上含有大量苯环或多不饱和键的刚性聚合物具有难溶难熔及化学惰性的缺点。对这类聚合物的研究、实际加工及应用更为困难。同时这种刚性主链结构的聚合物具有和类似于一维材料高长径比,且容易对其表面进行修饰的优点。因此对这种主链多苯环结构的刚性EAP及其复合材料的制备及应用研究仍有待挖掘。基于此,为了拓宽刚性EAP的应用领域范围同时进一步提高聚偏氟乙烯（PVDF）或其共聚物的力-电耦合作用。本论文基于本课题组前期对无溶剂流动芳纶的聚集态结构和流变行为的调控及制备技术基础之上,围绕磺化聚对苯二甲酰对苯二胺（s-PPTA）为主线,将这种具有刚性主链结构的EAP通过精确的表面修饰设计及聚集态结构的调控,研制一类基于EAP特性的新型助剂。然后对其与复合材料的界面设计制备了一系列具有多功能复合薄膜,并具体研究了该体系EAP复合材料的构效关系。主要的内容和研究结果如下:1、将s-PPTA与双亲性有机物分子十八胺聚氧乙烯醚（PEGO）通过离子相互作用结合形成一类双亲性的具有一维多臂结构的电活性聚合物（f-PPTA）助剂。将f-PPTA与PVDF在溶液中混合,通过静电纺丝法制备了一系列PVDF基的纳米纤维膜。对制备得到的纳米纤维膜的水过滤、防污性能及抑菌性能进行了研究。经过研究发现,这种离子型电活性聚合物在电场的作用下能迁移到纳米纤维膜的表面。f-PPTA的亲水链能与水分子结合,水分子之间的相互作用力被这种结合作用极大削弱,因此f-PPTA的引入加速了水分子的流动。由于纳米纤维膜表面的亲水性水化层的建立,其防污性能得到极大提高。改性后的膜通量经过6 h过滤时间,4次循环后还能保持初始通量的96%,展现出优异的通量稳定性。且f-PPTA改性后的纳米纤维膜的蛋白质截留率达到98.7%。同时纳米纤维膜具有优异的抑菌效果。制备得到的上述纳米纤维膜具有集超高水通量、优异防污性能和抗菌性能于一体的优异性能,有望应用于生物医用过滤材料。2、为了进一步提高f-PPTA对PVDF基材的电场极化的作用,我们继续通过控制s-PPTA表面PEGO配体的接枝密度,研制出了一种离子型聚合物纳米团簇EAP助剂。这种离子型聚合物纳米团簇能显著增大PVDF在电场下的极化作用,并诱导PVDF链段结晶形成更多极性相。在本章中主要探讨了f-PPTA的含量和接枝密度对复合材料的介电性能、储能性能及力学性能的影响。研究结果显示这种自捆束的聚合物纳米团簇能通过PEGO的极性基团之间自缔合作用以及表面配体与PVDF基材的氢键作用,在PVDF基材中形成了一种类项链状排布。通过实验结果和相场模拟分析发现这种具有特殊排列的纳米团簇能有效提高电击穿树的发展路径,从而增大了介电材料的击穿强度。当PEGO的接枝密度为0.8,f-PPTA的浓度为2 wt%时,介电膜的击穿强度最大,达到680 MV·m-1。另一方面,这种离子型EAP在较高电场下能产生较强的离子极化,通过对PEGO的接枝密度的控制,我们能有效调控复合材料的电位移。结果显示,当r PEGO为0.2,f-PPTA的浓度为2 wt%时,电位移在500 MV·m-1的场强下获得最大值11.7μC·cm-2,最大放电能量密度为22.5 J·cm-3。同时,复合材料的力学性能相比纯PVDF膜有大幅提高,断裂伸长率由纯PVDF的44.9%提高到390%,为纯PVDF的9倍。该工作提供了一条同时提高击穿场强和电极化的柔性介电储能材料的制备新思路。3、为了进一步增强s-PPTA和PVDF之间的相互作用,促进其在s-PPTA表面结晶形成更多极性相,从而起到增强复合材料的力-电耦合作用。用长链含氟配体1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷（pots）修饰s-PPTA表面,通过极性基团之间的氢键作用,制备了一种具有核壳结构的EAP纳米球（s-PPTA@pots）助剂。然后将其与铁电聚合物PVDF复合,制备了一系列PVDF基柔性薄膜。主要研究复合材料的结晶结构、微观形貌以及复合材料的压电性能之间的关系。研究结果发现,当s-PPTA@pots质量分数为8 wt%时,PVDF的β相结晶晶型占比最高为85.7%。开路电压和短路电流测试结果表明,当施加外力仅为3 N时,且s-PPTA@pots质量分数为8 wt%的PVDF基复合材料输出电压、电流以及功率均为最大值,分别为4.1 V,23 n A和36 n W。该实验思想为柔性高灵敏度的压电复合材料的设计提供了一种新方法。4、为了进一步增强EAP复合材料的力-电耦合作用,将铁磁材料铁酸钴以s-PPTA为骨架制备了一种离子型聚合物复合材料,并将其作为铁磁相助剂。经过pots改性后引入到聚偏氟乙烯-三氟乙烯（PVDF-Tr FE）基材中,制备了一系列柔性多铁复合材料。微观结构结果显示s-PPTA均匀分布在复合材料内部。且由于PPTA高分子液晶具有独特的局部有序性,能推动s-PPTA/Co Fe2O4纳米粒子首尾连接并成串排列。在交变磁场下,Co Fe2O4的磁致伸缩性质能产生周期性形变。结果显示s-PPTA/Co Fe2O4粒子结晶性能完善。然后与PVDF-Tr FE基材进行复合后,随着s-PPTA/Co Fe2O4粒子含量的增加,PVDF-Tr FE/（s-PPTA/Co Fe2O4）复合材料的介电常数和介电损耗都有所提高。质量分数为8 wt%s-PPTA/Co Fe2O4复合材料有最佳的铁电性能,剩余极化强度达到7.2μC·cm-2。同时,复合体系的压电性能同样达到最大,在3 N大小力的条件下,开路电压为10.6 V,短路电流为48 n A。此时多铁复合材料的磁电耦合系数也达到最大,在其谐振频率下为31m V·cm-1·Oe-1。为新型柔性多铁性磁电薄膜设计提供了新路径。