丙烯酸树脂基复合材料的制备及介电性能研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:Hatchet
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作为一种典型的电活性高分子材料,介电弹性体能够在外加电场下发生形变,将电能转换为机械能,且撤去电场后这一过程可逆。因此,其在驱动器、传感器及其它机电转换领域具有十分广阔的前景。影响介电弹性体驱动应变的主要因素是材料的弹性模量和介电常数,本研究致力于开发出具有高介电常数且力学性能良好的介电弹性体材料。本课题采用自由基聚合法,以丙烯酸羟乙酯、苯乙烯和丙烯酸丁酯为反应单体制得丙烯酸树脂弹性体AE,并以其为基体,开发出两种新型的高介电复合材料体系。以甲磺酰氯和4-羟基二苯胺为原料,依次与丙烯酸树脂弹性体发生取代反应合成中间产物,然后通过氧化偶联聚合制得丙烯酸树脂接枝苯胺齐聚物AE-g-OANI,1H-NMR和FT-IR证明了接枝产物的成功合成。作为对比,我们以聚苯胺为填料,丙烯酸树脂为基体,机械搅拌下制得聚苯胺共混丙烯酸树脂(PANI/AE)复合材料。SEM和TEM结果表明OANI在基体中的分散性好于PANI,且OANI具有更小的颗粒尺寸。对两种复合材料电导率拟合后得到AE-g-OANI和PANI/AE的逾渗阈值分别为8.75 vol.%和5.94 vol.%。相比于共混复合材料,AE-g-OANI展现出更好的介电性能。在室温下100Hz时,AE-g-OANI在逾渗阈值附近的介电常数和介电损耗为227和0.38,分别是PANI/AE的1.53和0.24倍。与此同时,AE-g-OANI复合薄膜的弹性模量仍保持在较低值(5.3MPa)。采用HCl+LiF蚀刻剂对Ti3AlC2进行蚀刻,通过剥离中间铝层得到Ti3C2Tx。然后加入有机溶剂DMSO辅助其超声分层,得到单层或少层Ti3C2Tx(d-Ti3C2Tx)。使用聚吡咯(PPy)对MXene进行改性,在不添加氧化剂条件下,吡咯与d-Ti3C2Tx接触并在其表面及层间发生原位聚合,得到具有有序结构的PPy-d-Ti3C2Tx,Raman和FT-IR测试表明了吡咯的成功聚合。XRD和TEM结果表明PPy链插入并整齐的排列在Ti3C2Tx片层之间。然后,分别以d-Ti3C2Tx和PPy-d-Ti3C2Tx为填料对丙烯酸树脂弹性体进行填充,通过溶液铸膜法制得d-Ti3C2Tx/AE和PPy-d-Ti3C2Tx/AE复合材料薄膜。拟合得到改性前后复合材料的逾渗阈值分别为6.07 vol.%和6.39 vol.%。室温下进行介电性能测试,在100Hz时,PPy-d-Ti3C2Tx/AE和d-Ti3C2Tx/AE在逾渗阈值附近的介电常数分别为493和265,比纯AE提高了140和76倍;复合材料PPy-d-Ti3C2Tx/AE在100和103Hz处的介电损耗分别为0.36和0.23,低于同频率下的d-Ti3C2Tx/AE(0.71和0.44)。此外,填料含量为6.36 vol.%的PPy-d-Ti3C2Tx/AE复合薄膜的弹性模量为3.7MPa,适用于驱动器材料。
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