自愈合电流变弹性体的制备及性能评价

发布时间：2020-09-30 18:27

　　电流变弹性体在电场下具有可控的力学性能,在减振降噪等领域已表现出潜在的应用前景,另外电流变弹性体也有望成为新型的人工肌肉材料。生物肌肉具有复杂性,而电流变弹性体仅能实现材料力学性能的控制,距离模拟真实的生物肌肉材料还有较远的距离。从生物学的角度看,生物肌肉本身不仅具有受大脑控制的肌肉收缩能力及变刚度能力,还具有自主愈合能力。人工肌肉材料若同时具有可控的力学性能以及自主愈合的能力,无疑将更接近真实的生物肌肉材料。因此,赋予电流变弹性体基体以自愈合的功能是实现这一目标的可能途径,但目前关于这种多功能的智能人工肌肉材料尚未见报道。本文将Zn(II)-配体(Metal-Ligand)结构作为交联点引入聚二甲基硅氧烷(PDMS)聚合物网络中,并掺入介电性较高的TiO_2颗粒,得到了可以自愈合的电流变弹性体,最终获得了一种从功能上更接近真实生物肌肉的新型智能材料。本论文主要的研究内容如下:(1)以Zn(II)为中心金属离子与2,6-吡啶二甲酰胺配体形成金属-配体结构并引入PDMS网络得到Zn~(2+)-pdca-PDMS自愈合聚合物弹性体,利用紫外光谱、红外光谱、核磁共振波谱、XPS光电子能谱对其结构进行了表征,在此基础上提出了Zn~(2+)-pdca-PDMS聚合物网络结构模型和自愈合机理。(2)通过愈合拉伸测试、流变测试对Zn~(2+)-pdca-PDMS基体进行愈合性能及动态粘弹性评价。结果表明这种聚合物弹性体在常温条件下具有良好的自修复性能在45℃条件下愈合效率可以达到80%。拉伸测试表明其断裂延伸率在低拉伸速率下可达4500%以上,即具有超拉伸性;流变测试结果表明通过改变聚合物变网络中金属-配体的配比可以调节该弹性体的“软硬”。(3)将TiO_2颗粒作为分散相颗粒,在电场下掺入到Zn~(2+)-pdca-PDMS聚合物基体中制备出具有自愈合功能的Zn~(2+)-pdca-PDMS/TiO_2电流变弹性体。愈合拉伸测试及粘弹性测试表明Zn~(2+)-pdca-PDMS/TiO_2复合弹性体具有较好的自愈合能力,电流变性能测试结果表明填充30%的TiO_2颗粒复合弹性体的相对电流变效应可达240%。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB34
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 电流变弹性体概述
        1.1.1 电流变弹性体组成及基本性能
        1.1.2 电流变弹性体性能影响因素
        1.1.3 电流变弹性体研究现状
    1.2 自愈合材料概述
        1.2.1 微胶囊型自愈合材料
        1.2.2 超分子型自愈合材料
        1.2.3 动态共价键型自愈合材料
        1.2.4 金属-配体型自愈合材料
    1.3 研究目的及意义
2 实验部分
    2.1 实验原料
    2.2 实验仪器
    2.3 表征方法
        2.3.1 红外光谱分析
        2.3.2 紫外光谱分析
        2.3.3 核磁共振波谱分析
        2.3.4 拉曼光谱分析
        2.3.5 X射线光电子能谱分析
        2.3.6 扫描电子显微镜分析
        2.3.7 差示扫描量热分析
    2.4 拉伸性能及流变性能测试
        2.4.1 自愈合拉伸性能测试
        2.4.2 自愈合流变性能测试
2+-pdca-PDMS自愈合弹性体的制备、表征及性能评价'>3 Zn²⁺-pdca-PDMS自愈合弹性体的制备、表征及性能评价
    3.1 合成路线及制备方法
2pdca-PDMS长链分子的合成'>        3.1.1 H₂pdca-PDMS长链分子的合成
2+-pdca-PDMS基体的合成'>        3.1.2 Zn²⁺-pdca-PDMS基体的合成
    3.2 结构表征
        3.2.1 核磁共振波谱分析
        3.2.2 红外光谱分析
        3.2.3 拉曼光谱分析
        3.2.4 紫外-可见光光谱分析
        3.2.5 X射线光电子能谱分析
        3.2.6 扫描电子显微镜（SEM）分析
        3.2.7 差示扫描量热（DSC）分析
        3.2.8 金属配体结构分析及网络结构模型
2+-pdca-PDMS聚合物网络结构模型'>        3.2.9 Zn²⁺-pdca-PDMS聚合物网络结构模型
    3.3 自愈合拉伸性能及自愈合动态粘弹性能评价
        3.3.1 自愈合拉伸性能评价
        3.3.2 自愈合动态粘弹性能评价
    3.4 自愈合及超拉伸机理分析
        3.4.1 自愈合机理分析
        3.4.2 超拉伸机理分析
    3.5 本章小结
2+-pdca-PDMS/TiO₂的制备、表征及性能评价'>4 Zn²⁺-pdca-PDMS/TiO₂的制备、表征及性能评价
    4.1 合成路线及制备方法
2的制备'>        4.1.1 分散相颗粒TiO₂的制备
2+-pdca-PDMS/TiO₂自愈合电流变弹性体的制备'>        4.1.2 Zn²⁺-pdca-PDMS/TiO₂自愈合电流变弹性体的制备
    4.2 自愈合拉伸性能及自愈合电流变性能评价
        4.2.1 自愈合拉伸性能评价
        4.2.2 自愈合电流变性能评价
    4.3 本章小结
5 结论
参考文献
致谢

【参考文献】