【摘 要】
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介电弹性体是典型的电场型电活性聚合物,是一种能够实现电能和机械能相互转换的材料,其两大应用分别为驱动器(DEA)和发电器(DEG),在能量转换领域引起了广泛关注和研究。本文以介电弹性体的理想材料之一的硅橡胶为研究对象,比较了缩合交联、紫外光引发的巯烯点击反应交联、硅氢加成交联、过氧化物引发的热交联和辐射交联五种交联方式未改性硅橡胶的介电性能,使用宽频介电阻抗谱仪测试了它们的介电常数、介电损耗和电导
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介电弹性体是典型的电场型电活性聚合物,是一种能够实现电能和机械能相互转换的材料,其两大应用分别为驱动器(DEA)和发电器(DEG),在能量转换领域引起了广泛关注和研究。本文以介电弹性体的理想材料之一的硅橡胶为研究对象,比较了缩合交联、紫外光引发的巯烯点击反应交联、硅氢加成交联、过氧化物引发的热交联和辐射交联五种交联方式未改性硅橡胶的介电性能,使用宽频介电阻抗谱仪测试了它们的介电常数、介电损耗和电导率,使用电击穿试验仪测试了击穿强度。未改性的硅橡胶介电常数比较接近,而加成交联方式的硅橡胶拥有更低的损耗、电导率和更高的击穿强度,室温交联制备的硅橡胶杨氏模量比较低因此更适合作为驱动材料。使用巯烯点击反应和Ugi四组分反应在聚硅氧烷侧基上引入了二酰胺结构和多种官能团,合成了四种极性聚硅氧烷,使用核磁共振波谱和傅里叶变换红外光谱对其结构进行了表征,使用差示扫描量热仪测试了它们的玻璃化转变温度(Tg),合成的几种聚硅氧烷的Tg大幅提高,通过控制接枝率使其保持在0℃以下。使用不同比例未改性的聚硅氧烷和含极性侧基的聚硅氧烷,通过紫外光引发的巯烯点击反应交联,制备了一系列高介电常数、低模量的弹性体薄膜,经过溶胀实验计算其交联密度,与未改性有机硅弹性体膜的介电性能、力学性能进行了比较,使用动态机械分析表征了1-10Hz下的储能模量、损耗模量和损耗角,最后测试了它们的电致驱动形变。力学性能的测试表明了制备的一系列弹性体拥有很低的模量(小于0.5MPa),弹性略有下降;介电性能的测试表明了弹性体拥有比未改性硅橡胶更高的介电常数(3以上),介电常数的提高和模量的降低促使弹性体在23k V/mm场强下获得最大8.9%的驱动应变。
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