基于热塑性聚氨酯共混物的高性能介电弹性体驱动器的研究

发布时间：2017-12-24 09:08

本文关键词：基于热塑性聚氨酯共混物的高性能介电弹性体驱动器的研究　出处：《北京科技大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：作为一种先进的柔性驱动器,介电弹性体驱动器在未来的人造肌肉、柔性智能机器人等领域有着非常光明的应用前景。如何设计并制备新型弹性体材料,使之可在小的驱动电场下产生可观的驱动应变,是介电弹性体领域的一个前沿研究课题。本论文主要研究基于热塑性聚氨酯的介电弹性体驱动器,目标是建立可有效提升聚氨酯类弹性体电驱动性能的材料调控方法,并深入理解其中蕴含的原理。本文采用溶液辅助流延成膜的方法,制备了一系列改性的聚氨酯薄膜,并进一步将所得薄膜加工成隔膜式驱动器,从材料结构设计、器件驱动模式等两个方面系统研究了所得驱动器力学性能、介电性能、电驱动行为之间的关系,初步建立了针对聚氨酯材料电驱动性能提升的一些指导性原则。弹性体的电驱动性能与电驱动灵敏度(即材料介电常数与杨氏模量的比率)正相关。为了提升聚氨酯弹性体的电驱动性能,我们尝试了几种解决思路:一是通过引入强极性偶氮苯染料分子来提升其介电常数,二是通过添加增塑剂的方式来降低其杨氏模量,三是与硅橡胶复合、通过构筑具有双连续结构的共混物来制备具有较好电驱动灵敏度的弹性体材料。这三种改造弹性体材料的思路均可在一定程度上改善热塑性聚氨酯的电驱动应变性能。其中,具有双连续结构的硅橡胶/聚氨酯共混物电驱动形变最大,在4OV/μm的驱动电场下可稳定地输出3.8%的横向应变。此外,我们还重点研究了驱动器的器件尺寸、驱动电场的上升速率等参数对热塑性弹性体的电驱动性能的影响,在实验和理论上证实了通过调节这两项参数,可有效控制驱动器件的漏电流、机械功,从而在一定程度上改善驱动器件的电机械应变。
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ334

【参考文献】