机械性能

纳米粒子填充聚合物复合材料长期以来一直是人们关注的领域，因为它对复合材料的力学行为具有典型的稳定作用，并增加了诸如降低表面电阻等功能。这些纳米复合材料较新的应用包括将光电功能纳米粒子分散在聚合物基体中，例如将发光纳米晶分散在用于发光太阳能聚光光伏和电致变色板的刚性板中。发光纳米晶在可拉伸聚合物中的分散为应用增加了新的可能性，例如可穿戴健康监测系统、灵活的通信设备等等。为了利用这些纳米复合材料所具有的令人激动的综合性能，迫切需要对其光学效应、力学行为和组分性质之间的相互关系进行评价和理解。这里，我们研究了光亮发光硅纳米晶/聚二甲基硅氧烷( PDMS )纳米复合材料的光学和力学行为，作为纳米晶浓度和纳米晶表面功能性的函数。机械地说，在较高的浓度下，纳米晶的掺入导致纳米复合材料的力学性能大幅降低。结果表明，纳米晶包裹体干扰了聚合物的交联，改变了宿主PDMS的力学行为。

聚二甲基硅氧烷( PDMS )的磨料射流加工( AJM )由于能够吸收冲击粒子的能量，在室温下很慢甚至不可能进行。低温磨料射流微细加工( CAJM )可增强材料去除率，相应地，PDMS的力学性能可批判性地影响其可加工性。本研究的目标是考察PDMS在不同温度下的物理性能。为此，按照GB标准制备了PDMS样品，进行了压缩、硬度、X射线衍射和线膨胀系数测试。结果表明：在室温范围内，RT   =   298 ~ 123   K，不同温度下压缩模量为17.31 ~ 1160.1   MPa，极限抗压强度为160.25 ~ 224.50   MPa，硬度为43 Sh A ~ 90.67 Sh D，热膨胀系数( CTE )为247E ~ 06 1 / K ( 103   K ~ RT，3   K / min )；随着温度的降低，PDMS材料的破坏模式由韧性转变为脆性，直至123   K时材料表现出明显的脆性特征。

假设Pickering乳液法常用于制备各种乳液。但是，直接从Pickering乳液和Pickering剂的双重功能(乳化和机械增强)形成交联聚合物膜的报道还不够充分。实验采用乙烯基三甲氧基硅烷( VTMS )和六甲基二硅胺( HMDS )对二氧化硅进行共改性，并将其用于乙烯基或氢二甲基硅油的乳化。将所得Pickering乳液与卡斯特催化剂胶囊混合，制备出单组分水性交联聚二甲基硅氧烷( PDMS )涂料，室温干燥后转化为弹性薄膜。结果气态二氧化硅与VTMS / HMDS共改性可以平衡涂层的Pickering乳液效应和成膜能力。大量接枝VTMS / HMDS或更高的改性二氧化硅用量显示出更好的Pickering乳液效果。尽管如此，由于Pickering剂阻碍了硅油滴的聚结，因此合适的改性硅油浓度对于获得最高的交联密度和最高的机械强度至关重要。接枝的CC基团可以赋予改性二氧化硅以硅氢加成反应活性，进而对PDMS薄膜的力学性能产生贡献。此外，Pickering乳液法在获得高机械性能水性涂料方面优于传统乳液法。

具有优良柔韧性、导电性和机械耐久性的可拉伸电极是柔性电子新兴和激动人心的领域中最基本的元件。本文提出了一种将银纳米棒( AgNRs )嵌入到聚二甲基硅氧烷( PDMS )基体中，通过独特的角度沉积技术制备这种可拉伸电极的方法。在其中嵌入AgNRs后，PDMS的表面、力学和电学性能都发生了明显的变化。结果表明，AgNRs嵌入PDMS基体后，表面粗糙度和极性增大。由于压痕深度效应，弹性模量( E )和硬度( H )随着压痕载荷的增加而减小。由于AgNRs在PDMS基体中具有很强的界面结合力，纳米复合材料的E和H分别比PDMS膜提高了167.6和93.3 %。此外，AgNRs - PDMS薄膜具有10 - 7 Ω m的电阻率。它在弯曲、扭转、拉伸等各种机械应变下仍保持导电，这一点用发光二极管电路得到了证明。同时，银的抗菌活性使其有望成为可穿戴电子的候选产品。

本文采用简单可控的发泡方法制备了具有高抗压性和运动能量吸收效率的聚二甲基硅氧烷( PDMS )泡沫材料。热膨胀中空微球( TEHM )在PDMS基体中膨胀形成TEHM / PDMS泡沫体，表现出强化的力学性能，具有独特的软化行为和高吸能性能。考察了TEHM / PDMS泡沫在小、中、大应变下的压缩曲线，以评价其软化行为。具体而言，TEHM / PDMS ( 1∶2 )泡沫的压缩模量为10.2   MPa，压缩强度为0.8   MPa，而整齐的PDMS在10 %应变下的模量仅为4.3   MPa，强度为0.5   MPa。但经过70 %的大压缩后，模量从10.2  MPa下降到2.5  MPa，仅为初始值的25 %。此外，TEHM / PDMS ( 1：2 )泡沫材料具有较高的运动能量吸收效率，达到38.3 %，而纯PDMS在70 %应变时仅达到15.8 %。软化现象和高的运动能量吸收归因于TEHMs的逐步断裂。软化性能赋予泡沫良好的韧性，有效消耗冲击能量，为拓宽其在抗冲击损伤领域的应用提供了新视野。

柔性压阻薄膜，如炭黑/聚二甲基硅氧烷( C‐PDMS )复合材料，常被用作皮肤类似物并集成到复杂阵列传感器中进行触觉传感。传感器特性的均匀性很大程度上取决于复合材料的均匀性。因此，对将集成到复杂力传感器中的薄膜进行局部表征的能力可能至关重要。这里提出了一种表征柔性压阻薄膜局部灵敏度的方法。利用在平板探头上选择的导电球来消除不对中问题，用薄膜复合材料的表面压痕来表征电阻率随平均应变的变化。实验采用15和18   wt %的炭黑C‐PDMS薄膜进行变厚度实验。利用Johnson - Roberts - Kendall接触理论估算了探针与压阻膜的接触半径。理论接触面积估算结果与利用光学显微镜观察到的光学透明PDMS薄膜进行的接触半径测量结果一致。结果表明，15  wt %炭黑的C- PDMS比18  wt %炭黑的相同厚度的薄膜表现出更高的电阻率和规整因子变化速率。另一方面，较厚的薄膜对测试的两种碳黑含量表现出较高的规范因子。在多个位置进行的试验获得了一致的灵敏度值，使这些类型的复合材料适用于阵列式力传感器。

假说Pickering乳液法是制备各种乳液的常用方法。然而，直接从Pickering乳液中形成交联聚合物膜以及Pickering乳液的双重功能(乳化和机械增强)的研究还未见报道。本实验采用乙烯基三甲氧基硅烷( VTMS )和六甲基二硅胺( HMDS )对填充二氧化硅进行共改性，并进一步将其用于乙烯基或氢二甲酮的乳化。将得到的Pickering乳液与卡斯特催化剂胶囊混合，制备了单组分水性交联聚二甲基硅氧烷( PDMS )涂料，室温干燥后转化为弹性薄膜。大量接枝VTMS / HMDS或更高的改性二氧化硅用量显示出更好的Pickering乳液效果。尽管如此，由于Pickering剂阻碍了硅油滴的聚结，因此合适的改性硅油浓度对于获得最高的交联密度和最高的机械强度至关重要。接枝的C C基团可以赋予改性二氧化硅以硅氢加成反应活性，进而对PDMS薄膜的力学性能产生贡献。此外，Pickering乳液法在获得力学性能较高的水性涂料方面明显优于传统乳液法。

在过去的几十年里，聚合物微柱被应用于许多复杂的功能微器件中，如微流体、微传感器、可调谐润湿表面和基底结构。本文提出了一种可以在梯度磁场下运动的高长径比磁性聚二甲基硅氧烷( PDMS )微柱的制备新技术。首先，将一滴Fe3O4超顺磁性纳米颗粒分散在丙酮溶液中，超声，倒入预腐蚀硅模具上，微孔洞较深；其次，在硅模具背面用强永磁体迅速将Fe3O4纳米颗粒吸引到微孔洞中。第三，采用软光刻工艺，通过在真空室中对空气进行排序，在热板中烘烤，然后在乙醇溶液中剥离，在CO2干燥机中干燥，使PDMS液体流入微孔。PDMS磁性微柱直径分别为1   μ m、2 μ m ~ 10μm，高度分别为30   μ m和50   μ m。我们观察到1μm长宽比为50的微柱在5 mT / mm的梯度磁场作用下，其端部可偏转12  μm，验证了磁性微柱在乙醇溶液中的端部运动，拓宽了其在微流体学等液体微器件中的应用。能量色散X射线光谱还考察了PDMS微柱体中的铁含量。他们在42 %到81.4 %之间，中位数为59.6 %，这是文献报道的最高值，以我们最好的了解。

采用一种简单可控的发泡方法，制备了具有高抗压性和运动吸能效率的聚二甲基硅氧烷( PDMS )泡沫材料。热膨胀中空微球( TEHM )在PDMS基体中膨胀形成TEHM / PDMS泡沫体，表现出强化的力学性能，具有独特的软化行为和高吸能性能。考察了TEHM / PDMS泡沫在小、中、大应变下的压缩曲线，以评价其软化行为。具体而言，TEHM / PDMS ( 1∶2 )泡沫的压缩模量为10.2   MPa，压缩强度为0.8   MPa，而整齐的PDMS在10 %应变下的模量仅为4.3   MPa，强度为0.5   MPa。但经过70 %的大压缩后，模量从10.2   MPa下降到2.5   MPa，仅为初始值的25 %。此外，TEHM / PDMS ( 1：2 )泡沫材料具有较高的运动能量吸收效率，达到38.3 %，而纯PDMS在70 %应变时仅达到15.8 %。软化现象和高的运动能量吸收归因于TEHMs的逐步断裂。软化性能赋予泡沫良好的韧性，有效消耗冲击能量，为拓宽其在抗冲击损伤领域的应用提供了新视野。