介电复合材料

介电弹性体( DE )是一类很有前途的场激活电活性聚合物。然而，其显著的机电驱动特性总是在巨大的电压下获得，这极大地限制了DE的潜在应用。本工作采用经典Stöber法制备了结构良好的核壳型TiO2 @ SiO2纳米颗粒。通过溶液共混和压模工艺制备了一系列TiO2 @ SiO2纳米结构填充聚二甲基硅氧烷( PDMS )复合材料。得益于外加SiO2壳层，既可以改善填料与基体的界面相容性，也可以改善核壳界面相互作用。在低电场( 30 V · μm-1 )下，TiO2 @ SiO2 / PDMS纳米复合材料在16 vol . % TiO2 @ SiO2添加量下的面内应变为6.08 %，比纯PDMS提高了180 %。实验结果表明，设计良好的核壳结构在改善DE复合材料的机电驱动性能和保持较好的柔韧性方面都能发挥重要作用。本研究为下一代DE系统中具有先进低场驱动机电性能的新型复合材料的设计提供了一种很有前景的途径。

介电弹性体( DE )是一类很有前途的场激活电活性聚合物。然而，其显著的机电驱动特性总是在巨大的电压下获得，这极大地限制了DE的潜在应用。本工作采用经典Stöber法制备了结构良好的核壳型TiO2 @ SiO2纳米颗粒。通过溶液共混和压模工艺制备了一系列TiO2 @ SiO2纳米结构填充聚二甲基硅氧烷( PDMS )复合材料。得益于外加SiO2壳层，既可以改善填料与基体的界面相容性，也可以改善核壳界面相互作用。在低电场( 30 V · μm-1 )下，TiO2 @ SiO2 / PDMS纳米复合材料在16 vol . % TiO2 @ SiO2添加量下的面内应变为6.08 %，比纯PDMS提高了180 %。实验结果表明，设计良好的核壳结构在改善DE复合材料的机电驱动性能和保持较好的柔韧性方面都能发挥重要作用。本研究为下一代DE系统中具有先进低场驱动机电性能的新型复合材料的设计提供了一种很有前景的途径。

将纳米级到微米级的介电填料集成到弹性体基体中形成介电复合材料是提高介电弹性体驱动器( DEAs )性能的常用方法之一，钛酸钡( BaTiO3 )正是为此目的而被广泛应用的铁电填料之一；然而，钛酸铜钙CaCu3Ti4O12 ( CCTO )具有优于此类常规填料的潜力。尽管CCTO基介电复合材料具有良好的性能，但其应用于DEA的研究程度相对较低。特别地，复合材料具有较小的颗粒加载范围，而击穿强度和非线性弹性等关键DEA性质在文献中很少涉及。因此，本研究将CCTO与聚二甲基硅氧烷( CH3 ) 3SiO [ Si ( CH3 ) 2O ] nSi ( CH3 ) 3 ( PDMS )，Sylgard 184配对，以全面了解粒子负载和尺寸对DEA应用中重要的介电性能的影响。通过综合考虑材料的杨氏模量、介电常数和击穿强度的优值( FOMs )来描述复合材料的性能。通过FOMs确定铁电填料的最佳用量，使复合DEA性能最大化。最后，通过对预拉伸CCTO-复合材料DEA的机电测试，验证了其性能优于纯弹性体DEA，且由于复合材料的非线性，与预测结果存在偏差。