能源,作为人类社会发展支柱之一,在人类的历史进程中起着最底层的支持作用。由于化石能源的枯竭和日益严重的环境问题,寻找可持续利用的新能源越发重要。介电弹性体发电机（Dielectric Elastomer Generator,DEG）作为一种新型的将机械能转化为电能的柔性发电机,在人体机械能收集、低频发电等领域而受到越来越多的关注,特别是在野外无法获取电能的情况下,作为应急用途,介电弹性体发电会凸显出其价值。影响介电弹性体发电性能因素除了材料本身,导电的柔性电极也至关重要。现阶段针对DEG中柔性电极的研究主要于提高其导电性和柔顺性,缺少解决DE基体和柔性电极间工作拉伸时出现分层、脱落现象的研究,因此,我们提出用离子注入法来制备一体式的发电机来探讨此问题。本文的研究内容如下:一、介电弹性体发电的研究已经被人们广泛关注。我们经过理论分析和推导提出采用弹性体作为基体材料构成发电单元,采用离子注入方法来制备导电柔性电极。根据材料的介电性能,对离子注入后弹性体的可能导电性能以及离子注入后柔性DE材料的表面性质以及机械性质的可能变化等做了一定的分析和讨论。为了能够更好的制备出满足要求的介电弹性体发电单元也进行了理论模拟研究,模拟重点在为了加强DE材料的表面导电性,对涂覆在PDMS表面的炭黑颗粒在PDMS内运动和分布的进行了模型研究。二、根据我们的实验设计和理论估算表明,采用银离子注入是实验上可以操作的实验方案和方法。采用MEVVA离子源将银离子注入到PDMS薄膜的表面层内,银粒子就镶嵌在其表面层十几个微米的范围内而形成导电层,如果将PDMS材料两面都进行银离子注入,则片状PDMS会形成两面是导电层中间是绝缘层的复合材料。由于采用了离子注入方式形成我们的发电元件,导电层和绝缘层没有明显的相界面,因此材料的机械性能前后差别不大。因此不会形成通常的介电材料和导电材料由于是不同物质而出现的机械分层而导致拉伸次数明显减少。测量结果表明离子注入后,PDMS表面电阻率为251.85 6)/,比注入前下降了10个数量级。能谱测试表明,其穿透深度约为2.5μm。为进一步提高样品表面的导电稳定性,在PDMS表面涂覆炭黑后在进行离子注入,表面电阻率进一步降低一个数量级,且随时间的变化更稳定。离子注入后PDMS的力学性能没有发生明显变化,单次循环的发电量也很稳定。三、理论模拟计算后得出两个主要结论:炭黑颗粒的最远穿透距离于浓度和注入时的加速电压、注入剂量和离子束中粒子能量分布有关;当注入的参数固定时,炭黑颗粒浓度分布是一个类高斯分布。理论和实验得到了相互印证。离子注入后样品的力学和电学性能也证明了设计的合理性。从应力应变曲线和原子力测试可以看出离子注入对PDMS薄膜的力学性能影响较小,介电常数有小幅度的上升,介电损耗没有太大变化;注入后的样品单次循环的发电量稳定,而涂覆炭黑注入的样品介电常数更高,单次的发电量更高。综上所述,离子注入法在介电弹性体表面制备的柔性电极,消除了电极和基体之间的相界面,避免了分层、脱离的现象,实现了柔性电极、绝缘电解质基体一体式的设计初衷,为DEG发电机提供了新的设计方案,此外提出的理论模型给绝缘聚合物改性、复合材料制备提供了思路。