摘要
介质弹性体具有电致形变量大、质量轻、转换效率高、响应速度快等优点，被广泛应用于软体机器人、驱动器、传感器等领域。然而，目前所制备的介电弹性体材料需要很高的驱动电压才能获得高电致形变，这会对人体产生危害，且降低仪器的使用寿命，严重制约介电弹性体的实际应用。因此，设计制备出低电压下高电致形变的新型介电弹性体材料是解决其实际应用问题的关键。 本文受贻贝粘附性启发，构筑无机核-有机壳钛酸铜钙-聚(邻苯二酚/多胺)-γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(CCTO-PCPA-KH560)颗粒，填充至天然橡胶(NR)中，制备出CCTO-PCPA-KH560/NR介电弹性体复合材料，研究有机-无机核壳粒子/基体界面极化效应，分析介电填料用量对介电弹性体复合材料的介电、力学及电致形变性能的影响及作用机制。采用不同含量的无机钛酸钡(BT)涂覆CCTO颗粒，研究BT含量对CCTOx@BT(1-x)/NR介电弹性体复合材料的介电、击穿强度等性能的影响。最后，采用KH560改性性能优异的CCTO0.75@BT0.25颗粒，分析CCTO0.75@BT0.25@KH560/NR介电弹性体复合材料的电致形变、介电、击穿强度等性能。 结果表明，10phr CCTO-PCPA-KH560/NR复合材料(76.21kV/mm)的最大击穿强度明显高于纯NR复合材料(50.28kV/mm)，并显示出最大的电致形变(23.24%)，比纯NR复合材料(2.54%)高9.15倍。CCTO-PCPA-KH560/NR复合材料介电性能和电致形变性能的提高归因于CCTO-PCPA-KH560颗粒上的环氧基参与NR的交联反应，能够加强填料与聚合物基体间的界面相互作用，避免填料的聚集，从而增强界面极化。同时，PCPA-KH560层可以降低漏电流，从而提高复合材料的击穿强度。另外，CCTOx@BT(1-x)/NR复合材料的介电常数和击穿强度随着BT含量的增加而逐渐减小。这证明较薄的BT缓冲层不仅可以产生更高的极化，还可以减少CCTO和NR矩阵之间的介电常数收缩，导致界面上的局部电场和空间电荷均匀化。采用KH560对性能优异的CCTO0.75@BT0.25颗粒进行改性，并制备CCTO0.75@BT0.25@KH560/NR介电弹性体复合材料。5phr CCTO0.75@BT0.25@KH560/NR复合材料的最高电致形变为16.3%，是NR最高电致形变(2.5%)的6.52倍；5phr CCTO0.75@BT0.25@KH560/NR复合材料的击穿强度为74.03kV/mm，是NR击穿强度(50.28kV/mm)的1.47倍。KH560的引入能够改善介电填料与NR基体之间的界面相容性，不仅增强界面极化，还降低弹性模量，有效提高电致形变性能。
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