电活性凑合物(Electroactive Polymer, EAP)是壹类却以在外面电场装置抚下却以改触动本身外面形尺寸,且外面界电装置抚吊销后又能恢骈到原始的外面形尺寸的智能凑合物质料。在电活性凑合物质料中,介电弹性体(Dielectric elastomer, DE)材料是年来过到来学术界和工业界备受关怀的壹种电儿子型电活性凑合物质料。介电弹性体(也坚硬是介电弹性体器件)是普畅通由芯层的凑合物弹性体薄膜和左右绵软顺电极(compliant electrode)结合。它却以在电场驱举止用下突发厚度标注的目的紧收缩变形战斗面标注的目的扩展变形。与其他致触动材料比较,介电弹性体材料的致触动干器拥有变形父亲、能量稠密度父亲、照顾快度快等优点。 故此,介电弹性体材料被认为是最拥有前景的“天然肌肉”材料,在绵软体机具人、却穿戴智能设备、智能假肢、盲文露示、触觉传感器、智能医疗机械、微流动控装置、航空航天、光学器件以及能量收集儿子等范畴中具拥有普遍的运用前景。条是,介电弹性体的较高驱触动电压严重地限度局限了实则践运用。故此,何以制备具拥有低驱触动电压的介电弹性体材料是完成介电弹性体还愿运用的要紧应敌之壹。

  年来过到来,具拥有微相佩退构造的暖和塑性介电弹性体(比如,SEBS、聚氨酯等暖和塑性弹性体)鉴于比传统的募化学提交联的均聚物介电弹性体(如硅橡胶、丙烯酸橡胶)比较具拥有更高的驱触动应力、构造调控性、加以工性和优秀的物理干用,而受到关怀。条是,暖和塑性介电弹性体的多相构造与介电、电致形变干用相干的了松是拟处理的壹父亲难题。

  为了了松具拥有多相构造的暖和塑性介电弹性体的构造与介电干用、以及电致形变干用相干,梁永日教养任命团弄队使器拥有端羟基聚丁二烯-丙烯腈共聚物(HTBN),六亚甲基二异氰酸酯(HDI)和二元醇为单体分松了壹系列聚氨酯弹性体材料,并经度过扩链剂的长度、募化学构造和坚硬段含量,调控了聚氨酯的结晶性、微相佩退,从而调控聚氨酯弹性体的凝聚态构造。

  

  图1. 聚氨酯弹性体的分松方法及构造调控式

  初期工干基础上,该团弄队使用同步辐射SAXS和WAXS、粘弹性AFM及FTIR方法表征了聚氨酯弹性体的多基准构造,证皓了聚氨酯弹性体经度过结晶和微相佩退却结合几什到几佰纳米的坚硬相区(HD)富集儿子区和绵软相区(SD)富集儿子区,且HD富集儿子区中共存放在结晶相、HD和壹父亲批SD相,而SD富集儿子区中存放在SD和壹父亲批HD相。同时该团弄队发皓聚氨酯弹性体的二元醇的链长度影响坚硬段(HS)的构象,进而影响HS的结晶才干以及HD样儿子。

  

  图2. 不一扩链剂长度的聚氨酯弹性体 (A) WAXS图,(B)SAXS图,(C)粘弹性AFM图

  该团弄队经度过动态力学谱和动态介电谱,发皓了聚氨酯弹性体在日温下的力场和电场照顾性首要到来己于在不一相区域受限的聚氨酯的绵软段(SS)运触动的贡献。鉴于SS在HD富集儿子区中受限于片晶之间和HD之间,其链段运触动受限于结晶相和HD。故此,经度过结晶和微相佩退却拥有效地调控SS的运触动才干,从而调控聚氨酯弹性体在日温下的介电干用和力学照顾性。

  

  图3. 不一扩链剂长度的聚氨酯弹性体 (A) 温度依顶赖的弹性模量图,(B)温度依顶赖的力学亏耗因儿子图,(A1)和(B1)在100Hz下温度依顶赖的介电日数和介电亏耗因儿子图,(A2)和(B2)在1kHz下温度依顶赖的介电日数和介电亏耗因儿子图,(A3)和(B3)在10kHz下温度依顶赖的介电日数和介电亏耗因儿子图。

  鉴于聚氨酯弹性体的介电日数和弹性模量影响介电弹性体的电致形变干用,该团弄队结合构造与介电干用和力学干用相干的了松,进壹步了松了聚氨酯弹性体的电致形变行为。根据切磋结实发皓,聚氨酯弹性体的电致形变的驱触动力是到来源于Maxwell应力和电致伸收缩效应(electrostriction),且电致伸收缩效应比例高于66%,且EG-PUE具拥有?3.06 × 10?17 m2/V2 的电致形变系数和1.22 × 104 m4/C2的电致伸收缩系数。该电致伸收缩系数高于已发表发出产的聚氨酯弹性体的2个数级。同时经度过度析发皓,在低驱触动电场下电致伸收缩干用对介电弹性体的电致形变宗什分要紧的干用,依顶赖于聚氨酯的微不清雅构造。切磋结实标注皓,经度过结晶和微相佩退,却调控暖和塑性介电弹性体的电致伸收缩效应的干用,从而拥有望完成介电弹性体在低电场下的父亲形变。

  

  图4. 在1KHz下(A) Maxwell应力开说的厚度电致应变,(B)Eelectrostriction 效应开说的厚度电致应变.

  该工干对多相构造的暖和塑性弹性体的构造与介电、电致形变干用相干供新的了松,并对具拥有高介电干用的暖和塑性弹性材料的制备,以及为完成低电场驱触动的介电弹性体的制备供新的文思。

  以上相干效实发表发出产在Macromolecules ,Polymer (Polymer,2017,132,180-187), RSC Advances (RSC Advances. 2017, 7, 55610-55619) 和Journal of Materials Science (2017,52, 10321-10330) 上。论文的第壹干者为北边京石油募化工学院硕士生项东方,畅通信干者为梁永日教养任命,合干者为北边京募化工父亲学刘力教养任命。

  论文链接:

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.8b01171

  https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0032386117310480

  http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/ra/c7ra11309a#!divAbstract

  https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10853-017-1170-y

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