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介电弹性体材料(DEs)是将电能转化为机械能的一种电活性聚合物材料。由于具有电致形变量大、响应时间快、质量轻等优点,DEs在生物医疗、人造机器人、平面扩音器等领域均有广泛的应用前景。目前,DEs面临的最大挑战是其较低的介电常数和过高的驱动电压(>50 kV/mm)限制了其进一步应用的可能。因此,如何在低电压下实现大的电致形变成为了介电弹性体材料研究的重点和难点。根据电驱动机理,降低DEs驱动电压,提高电致形变的主要方法是提高材料介电常数,在保证力学强度的同时降低其弹性模量。本课题从提高介电常数,降低弹性模量两方面入手,利用溶液混合法制备具有高介电常数、低模量的明胶甘油(GG)新型有机介电填料,并用溶液喷涂法将其与静电纺丝的热塑性聚氨酯(TPU)纤维膜复合,得到具有隔离结构的明胶甘油／热塑性聚氨酯(GG/TPU)全有机介电弹性体材料。紧密堆叠的TPU纤维丝使得GG/TPU复合材料具有较好的力学性能,增大了基体与填料的界面,TPU纤维膜将GG填料隔离,阻止了导电通路的形成,使复合材料具有较低的电导率(<10-6 S.m-1)。新型介电填料GG极大地提高了复合材料的介电常数,降低了材料的弹性模量,使得材料具有较高的电力学敏感性。GG可大幅度提高材料的电驱动性能,复合材料在极低的电场强度(0.5 kV/mm)下即可达到5.2%的电致形变。同时,本课题还利用溶液混合法将富含羟基的纳米碳球(CNS)与TPU复合,制备纳米碳球热塑性聚氨酯(CNS/TPU)介电弹性体材料。红外光谱结果表明,CNS表面的羟基可与TPU分子链形成氢键作用,从而使CNS在TPU基体内形成良好的分散,提高复合材料拉伸强度。通过差示扫描量热仪和扫描电镜发现,CNS的加入可破坏TPU基体的结晶,CNS通过影响TPU分子链间的氢键作用破坏TPU结晶,结晶的破坏使材料弹性模量降低,滞后损耗减小。加入CNS可有效提高体系介电常数,当加入5 wt% CNS,复合材料介电常数由纯TPU的7.1提高到137.3(在103HZ频率下)。同时,CNS/TPU复合材料具有较低的介电损耗(<1,在103 Hz频率下)。介电常数的提高和模量的降低使复合材料在较低的电场强度下具有较高的电致形变。本课题使用具有较高介电常数且便于加工成型的TPU作为基体,采用两种不同的方法制备具有高介电常数、低模量的新型介电弹性体材料,在较低电压下获得较大的电致形变,提高了DEs在实际应用的可能。