石墨烯核壳杂化粒子/硅橡胶介电弹性体复合材料的制备与性能研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:zlyfeng
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介电弹性体(DE)是一种能够在电刺激下改变形状或体积,将电能转化为机械能的电活性聚合物。目前,常用的DE基体介电常数(k)低,为获得大的电致形变,要施加高的驱动电压,对人体和设备造成一定危害,限制了DE的应用。石墨烯是一种优良的介电填料,但易发生自聚而使k提高有限。本论文采用两种方法制备了氧化石墨烯(GO)包覆SiO2的核壳杂化粒子,随后还原,解决了石墨烯容易自聚的问题,研究了核壳杂化粒子对不同类型硅橡胶电力学性能的影响,主要研究结果如下:1、以氨基硅烷偶联剂改性Si02,使其表面带正电。水溶液中,与表面带负电的GO静电自组装,得到具有“核壳”结构的SiO2-NH2-GO杂化粒子。扫描电镜(SEM)和XPS结果表明GO在Si02表面实现了均匀、致密的包覆,解决了GO自聚的问题。以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基体,采用溶液共混和原位热还原相结合的方法制备了SiO2-NH2-TRG/PDMS复合材料。SEM结果表明填料在基体中实现了均匀分散,与基体的界面作用较强。SiO2-NH2-GO对PDMS介电常数的提高非常有限,原位热还原后,GO表面的共轭结构得到部分恢复,导电性提高,材料的介电性能有了很大的提升,102 Hz频率下,添加60 phr的SiO2-NH2-TRG,复合材料的k由PDMS的2.56增加到16.82,介电损耗仅有少量提高(<0.2)o SiO2-NH2-TRG也能改善材料的力学性能,添加60 phr时,拉伸强度提高到1.53MPa,杨氏模量为0.9 MPa。PDMS的高k和低模量有助于提高材料的电力学敏感性,电场强度为10 KV/mm时,60 phr的SiO2-NH2-TRG/PDMS复合材料的电致形变提高到3.5%,是同一电场强度下纯PDMS的6倍。2、以阳离子聚电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)替代氨基硅烷偶联剂改性SiO2,再通过静电自组装制备SiO2-PDDA-GO核壳杂化粒子。此方法能实现GO在SiO2表面更大面积的包覆,同时PDDA具有还原GO的作用,无需再对复合材料进行原位热还原,简化了实验方案,节能环保。溶液共混法将SiO2-PDDA-GO引入到高温硫化硅橡胶(SR),制备SiO2-PDDA-GO/SR介电弹性体。SiO2-PDDA-GO填充量为60 phr时,102 Hz频率下,复合材料的介电常数为21.53,是SR的12倍,介电损耗保持较低值,约为0.3。填料用量为60phr时,复合材料的模量较低,为0.95MPa。在电场强度为2.5 KV/mm时,60 phr的SiO2-PDDA-GO/SR复合材料的电致形变为0.71%,是同一电场强度下SR的16倍。
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