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介电弹性体是一种新型的智能材料,其在外加电场作用下可以产生可逆大形变,从而可用于电能/机械能的相互转换。其具有驱动形变大、能量密度高、电/机转化效率高、响应快、密度小和柔性等特点,有望应用于传感器、柔性驱动器、仿生柔性机器人、下一代智能医疗器件、绿色能源采集等众多领域,受到了广泛关注。常见的介电弹性体主要有聚丙烯酸酯、硅橡胶和聚氨酯三类,在无预拉伸条件下,其电致形变通常小于10%,原因包括介电常数较低、弹性模量较高等方面。已有研究发现,在介电弹性体中加入高介电常数陶瓷或高导电性填料可有效提高复合材料的介电常数,但这通常会大幅度提高复合材料的弹性模量,降低其击穿场强,使得复合材料的电致形变增加很小甚至降低。本文设计并制备了一种新颖的介电弹性体复合材料。可控制备了模量极低的聚苯乙烯-b-聚丙烯酸正丁酯-b-聚苯乙烯(polystyrene-b-poly(n-butyl acrylate)-b-polystyrene,SBAS)三嵌段共聚物,以其为介电弹性体基质,通过直接乳液共混氧化石墨烯(GO)水分散液和SBAS乳液的方法,室温下干燥制得GO/SBAS介电弹性体复合膜,而后经热还原得到部分还原的氧化石墨烯(RGO)/SBAS介电弹性体复合材料,并深入研究了 RGO的添加量对复合材料性能的影响规律。获得的主要创新性成果如下:(1)通过乳液共混的方法制备得到GO/SBAS复合材料,GO片能很好地分散在基体中,紧密地包裹在胶乳粒子表面,在很低浓度下即可形成GO网络结构。研究发现即使在复合胶乳中,GO和SBAS粒子表面的PSt上的芳香环间依然存在着强烈的π-π堆积作用,这有效抑制了成膜过程中的耗尽效应(depletion effect),促进网络结构的形成。(2)研究了 RGO的填充对RGO/SBAS复合材料机械性能的影响。随着RGO用量(0～2.0 wt%)的增加,RGO/SBAS复合材料的拉伸强度先增加,后降低,在0.5 wt%RGO处出现最大值10.74 MPa;断裂伸长率先维持在1075%左右基本不变而后缓慢降低至572%;弹性模量持续增加但仍然保持在比较低的范围内(1.5 wt%RGO 时 0.51 MPa)。(3)RGO的填充大幅提高了 RGO/SBAS复合材料的介电常数,在频率为103 Hz时,纯SBAS的相对介电常数为4.3,当填充量为1.5 wt%时,复合膜的相对介电常数可达11,当填充量为2.0wt%时,复合膜的相对介电常数高达58。主要归因于RGO在SBAS基质中良好的分散,RGO在复合材料中形成网络结构,RGO与SBAS之间强烈的界面极化作用以及SBAS基质较高的介电常数。(4)成功制备得到兼顾高介电常数、低介电损耗、低模量、高击穿场强的RGO/SBAS高性能介电弹性体复合材料,其可在较低驱动电压下获得大电致形变。在相同的电场强度下RGO/SBAS复合材料的电致形变随着RGO质量分数的增加而明显增大,当RGO的填充量为1.5wt%时,电场强度为7kV/mm电致形变可达3.51%,在电场强度为33 kV/mm时最大电致形变高达21.3%,是纯SBAS的5.5倍之多。RGO/SBAS复合材料的电致形变显著优于已报道的复合材料,且其驱动电场比具有相近变形能力的复合材料低30%。