鈦酸銅鈣粒子填充介電彈性體的制備與應(yīng)用研究.pdf

1、護(hù)理機(jī)器人的快速發(fā)展為人工肌肉的開發(fā)提供了發(fā)展契機(jī)，這使得對(duì)于電活性介電彈性體發(fā)展成為了一個(gè)熱點(diǎn)。通過(guò)有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合，是制備介電彈性體的重要途徑之一。為提升介電彈性體電響應(yīng)性能，往往要求無(wú)機(jī)填充相具有較高介電常數(shù)、較低介電損耗等，基體高分子相具有較低模量。
　　圍繞著新型介電彈性體開發(fā)，本文選擇以具有高介電常數(shù)鈦酸銅鈣(CCTO)為無(wú)機(jī)填充相，通過(guò)元素?fù)诫s、粒徑控制，優(yōu)化其自身特性，并與硅橡膠復(fù)合，得到介電彈性體，細(xì)致研究元素?fù)诫s

2、、合成工藝條件以及復(fù)合工藝等對(duì)于介電彈性體結(jié)構(gòu)與性能的影響關(guān)系，建立介電彈性體結(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)形變性能關(guān)系。為此，本文開展的研究工作主要包括:
　　1）草酸作為沉淀劑采用共沉淀法制備前驅(qū)體，熱處理得到了鈦酸銅鈣粉體。進(jìn)而研究了鎂元素?fù)诫s對(duì)鈦酸銅鈣介電性能的影響;
　　2）以鈦酸銅鈣、鎂摻雜鈦酸銅鈣為填料，硅橡膠為基體，制備了介電彈性體，研究包括不同摻雜量的鎂元素、不同填充量等對(duì)復(fù)合材料的電致形變與結(jié)構(gòu)的關(guān)系;
　　3）研究了

3、不同填充量、不同粒徑鈦酸銅鈣/硅橡膠介電彈性體在拉伸條件下電容信號(hào)以及微結(jié)構(gòu)的情況，建立微結(jié)構(gòu)對(duì)于復(fù)合材料的影響關(guān)系。
　　得到的主要結(jié)論如下:
　　1.采用共沉淀法成功制備了平均粒徑500nm、顆粒呈球形的純相高介電常數(shù)鈦酸銅鈣粉體;隨鎂元素?fù)诫s的提升，所得到MgxCa1-xCu3Ti4O12顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象惡化，當(dāng)摻雜量為0.2時(shí)，Mg02Ca08CuTi4O12介電常數(shù)比未摻雜的CCTO提高了2倍;
　　2.采用溶劑

4、法制備鈦酸銅鈣/硅橡膠介電彈性體、鎂摻雜鈦酸銅鈣/硅橡膠介電彈性體。研究包括不同摻雜量的鎂元素、不同填充量等對(duì)復(fù)合材料的電致形變與結(jié)構(gòu)的關(guān)系。選擇鎂摻雜量為0.2的鈦酸銅鈣，在填充量為2wt％時(shí)，最終介電彈性體具有最佳的驅(qū)動(dòng)形變，可達(dá)15.86％，此時(shí)達(dá)到復(fù)合材料的介電常數(shù)和楊氏模量最佳配合。
　　3.隨著填充CCTO粒徑降低，鈦酸銅鈣/硅橡膠介電彈性體軟段微區(qū)模量提高，宏觀模量也響應(yīng)增加，驅(qū)動(dòng)形變受到影響。在拉伸情況下，復(fù)合材料