石墨烯核殼雜化粒子-硅橡膠介電彈性體復合材料的制備與性能研究.pdf

1、介電彈性體(DE)是一種能夠在電刺激下改變形狀或體積，將電能轉化為機械能的電活性聚合物。目前，常用的DE基體介電常數(shù)(k)低，為獲得大的電致形變，要施加高的驅動電壓，對人體和設備造成一定危害，限制了DE的應用。石墨烯是一種優(yōu)良的介電填料，但易發(fā)生自聚而使k提高有限。本論文采用兩種方法制備了氧化石墨烯(GO)包覆SiO2的核殼雜化粒子，隨后還原，解決了石墨烯容易自聚的問題，研究了核殼雜化粒子對不同類型硅橡膠電力學性能的影響，主要研究結果如

2、下:
　　1、以氨基硅烷偶聯(lián)劑改性SiO2，使其表面帶正電。水溶液中，與表面帶負電的GO靜電自組裝，得到具有“核殼”結構的SiO2-NH2-GO雜化粒子。掃描電鏡(SEM)和XPS結果表明GO在SiO2表面實現(xiàn)了均勻、致密的包覆，解決了GO自聚的問題。以聚二甲基硅氧烷(PDMS)為基體，采用溶液共混和原位熱還原相結合的方法制備了SiO2-NH2-TRG/PDMS復合材料。SEM結果表明填料在基體中實現(xiàn)了均勻分散，與基體的界面作用較

3、強。SiO2-NH2-GO對PDMS介電常數(shù)的提高非常有限，原位熱還原后，GO表面的共軛結構得到部分恢復，導電性提高，材料的介電性能有了很大的提升，102Hz頻率下，添加60phr的SiO2-NH2-TRG，復合材料的k由PDMS的2.56增加到16.82，介電損耗僅有少量提高(＜0.2)。SiO2-NH2-TRG也能改善材料的力學性能，添加60 phr時，拉伸強度提高到1.53MPa，楊氏模量為0.9MPa。PDMS的高k和低模量有助

4、于提高材料的電力學敏感性，電場強度為10KV/mm時，60phr的SiO2-NH2-TRG/PDMS復合材料的電致形變提高到3.5％，是同一電場強度下純PDMS的6倍。
　　2、以陽離子聚電解質聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDDA)替代氨基硅烷偶聯(lián)劑改性SiO2，再通過靜電自組裝制備SiO2-PDDA-GO核殼雜化粒子。此方法能實現(xiàn)GO在SiO2表面更大面積的包覆，同時PDDA具有還原GO的作用，無需再對復合材料進行原位熱還原，簡化了

5、實驗方案，節(jié)能環(huán)保。溶液共混法將SiO2-PDDA-GO引入到高溫硫化硅橡膠(SR)，制備SiO2-PDDA-GO/SR介電彈性體。SiO2-PDDA-GO填充量為60phr時，102Hz頻率下，復合材料的介電常數(shù)為21.53，是SR的12倍，介電損耗保持較低值，約為0.3。填料用量為60phr時，復合材料的模量較低，為0.95MPa。在電場強度為2.5KV/mm時，60phr的SiO2-PDDA-GO/SR復合材料的電致形變?yōu)?.71