新穎介電彈性體復(fù)合材料的設(shè)計(jì)、制備及性能

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1、北京化工大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。作者簽名：≥之四日期：型絲』：蘭!關(guān)于論文使用授權(quán)的說明學(xué)位論文作者完全了解北京化工大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬北京化工大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許

2、學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué)校可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。保密論文注釋：本學(xué)位論文屬于保密范圍，在一年解密后適用本授權(quán)書。非保密論文注釋：本學(xué)位論文不屬于保密范圍，適用本授權(quán)書。作者簽名：導(dǎo)師簽名：日期：刎幺j．專夕學(xué)位論文數(shù)據(jù)集中圖分類號(hào)TQ33學(xué)科分類號(hào)430論文編號(hào)100102013009l密級(jí)公開學(xué)位授予單位代碼100lO學(xué)位授予單位名稱北京化工大學(xué)作者姓名楊丹學(xué)號(hào)2010080091獲學(xué)位專業(yè)名稱材料科學(xué)與工程獲學(xué)位專業(yè)代碼0805課題來源基金課題研究方向介電彈性體論文題目新

3、穎介電彈性體復(fù)合材科的設(shè)計(jì)、制備及性能關(guān)鍵詞介電彈性體復(fù)合材料介電常數(shù)彈性模量電致形交論文答辯日期2014．5．29·論文類型應(yīng)用研究學(xué)位論文評(píng)閱及答辯委員會(huì)情況姓名職稱工作單位學(xué)科專長(zhǎng)指導(dǎo)教師張立群教授北京化工大學(xué)聚合物復(fù)合材料研究評(píng)闐人1盲評(píng)專家號(hào)：129077評(píng)闋人2盲評(píng)專家號(hào)：132423評(píng)閱人3盲評(píng)專家號(hào)：169372評(píng)閱人4盲評(píng)專家號(hào)：207932評(píng)闐人5盲評(píng)專家號(hào)：262993徽員會(huì)拂郭鳴明教授中石化北京化工研究院聚合物復(fù)合材料研究答辯委員1田明教授北京化工大學(xué)聚合物復(fù)合材料研究答辯委員2王文才教授北京化工大學(xué)聚合物復(fù)合材料研究

4、答辯委員3閏壽科教授北京化工大學(xué)聚合物復(fù)合材料研究答辯委員4何曉玫教授級(jí)高工北京橡膠工生研究設(shè)計(jì)院聚合物復(fù)合材料研究答辯委員5李齊方教授北京化工大學(xué)聚合物復(fù)合材料研究注：一．論文類型：1．基礎(chǔ)研究2．應(yīng)用研究3．開發(fā)研究4．其它二．申圖分類號(hào)在Ⅸ中國(guó)圖書資料分類法》查詢．三．學(xué)科分類號(hào)在中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(6B／T13745-9)《學(xué)科分類與代碼》中查詢．四．論文編號(hào)由單位代碼和年份及學(xué)號(hào)的后四位組成。摘要新穎介電彈性體復(fù)合材料的設(shè)計(jì)、制備及性能介電彈性體是一種能將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的智能材料。如何獲得一種能在低電壓下產(chǎn)生大電致形變的介電彈

5、性體是該研究領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)。新穎介電彈性體期望兼有低模量和高介電常數(shù)的同時(shí)，盡可能在小驅(qū)動(dòng)電壓下表現(xiàn)出大驅(qū)動(dòng)形變，并保持驅(qū)動(dòng)形變的穩(wěn)定性。本論文基于制備小電壓下產(chǎn)生大電致形變的介電彈性體目的，設(shè)計(jì)并制備了一系列新穎介電彈性體復(fù)合材料。在論文第三章中，采用高介電常數(shù)的鈮鎂酸鉛陶瓷填料(PMN)填充硅橡膠(PDlVIS)，并通過調(diào)節(jié)復(fù)合材料的交聯(lián)密度和添加增塑劑的方法，成功制備了一種高性能介電彈性體。通過研究發(fā)現(xiàn)并證明了介電彈性體的電致形變性能是由彈性體材料的介電常數(shù)和彈性模量共同決定的。盡管硅橡膠的介電常數(shù)隨著陶瓷粒子填充用量的增加而增大，但是

6、模量也隨之增大，使得復(fù)合材料的電致形變并沒有如期望那樣顯著增大。通過改變復(fù)合材料內(nèi)交聯(lián)劑用量以降低復(fù)合材料的交聯(lián)密度及向硅橡膠基體中添加增塑劑硅油的辦法均可以有效降低復(fù)合材料的彈性模量，從而可以明顯提高復(fù)合材料的電致形變性能。氫化丁腈(HNBR)橡膠含有大量極性官能團(tuán)，具有非常大的介電常數(shù)。在論文第四章中，以HNBR為基體材料制備了一系列介電彈性體材料。首先，通過調(diào)節(jié)HNBR的交聯(lián)密度及填充增塑劑鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)的方法，獲得性能優(yōu)異的HNBR介電彈性體材料。VTT北京化工大學(xué)博士學(xué)位論文其次，在HNBR基體中添加高介電陶瓷粒子二氧化

7、鈦(Ti02)和無毒增塑劑環(huán)氧大豆油(ESO)匍J備成了介電彈性體。通過調(diào)控Ti02和ESO的用量來調(diào)控復(fù)合材料內(nèi)部分子間作用力和填料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，獲得性能優(yōu)異的介電彈性體。最后，利用多巴胺功能化鈦酸鋇(BaTi03)表面來提高鈦酸鋇粒子與填充ESO的HNBR基體復(fù)合材料之間的界面相互作用，有效地提高了填料分散，導(dǎo)致復(fù)合材料的介電性能及電致形變性能均提高明顯。在論文第五章中，成功制備了一種新穎聚酯介電彈性體。這種聚酯彈性體不僅具有高的介電常數(shù)同時(shí)具有較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，并能在低電壓下產(chǎn)生大電致形變。為了進(jìn)一步提高聚酯介電彈性體材料的電機(jī)械性能，

8、向其中添加了高介電常數(shù)的二氧化鈦粒子。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，二氧化鈦具有降低復(fù)合材料交聯(lián)密度的作用，含有一定量的二氧化鈦／聚酯復(fù)合材料具有較純聚酯材料更低的模量和更高的介電常數(shù)