介电弹性体材料(DEs)是一类能在外加电场作用下,快速实现电能转化为机械能的智能复合材料。由于它具有电致形变大、响应时间短和可反复使用等特点,DEs在变体机器人、航空飞行器、电驱动器和智能可穿戴等领域有着广泛的应用前景。目前,DEs面临的最大挑战是较低的本征介电常数和过高的驱动电场(大于25 V/μm),增加了其在实际应用中的局限性。因此,如何实现低电压产生高电致形变量已然成为介电弹性体材料的研究重点和难点。根据介电弹性体驱动理论模型,提高材料介电常数是实现高性能的介电弹性体材料的关键因素,同时在满足应用要求的同时降低其弹性模量。本论文主要研究内容如下。1.“三明治”结构石墨烯复合聚氨酯介电弹性材料的研究。利用经典Hummers法制备得到氧化石墨烯,复合亲水性良好的二氧化钛(TiO2),制备了高介电常数的“三明治”结构的石墨烯/TiO2/石墨烯的无机复合填料,通过溶液混合法将其与热塑性聚氨酯(TPU)复合浇筑成膜,得到具有隔离结构的石墨烯/二氧化钛-聚氨酯(rGO/TiO2-TPU)介电弹性体复合材料,相应的电导率小于10-8 S·m-1。新型填料在适当增强介电弹性体的介电常数的同时,使复合材料具有较高的电致形变敏感性,在较低的电场(15 V/μm)下实现2.9%的电致形变。2.石墨烯包裹碳纳米球复合聚氨酯介电弹性材料的研究。利用水热法将葡萄糖衍生的碳纳米球(CNS)与石墨烯复合,制备得到石墨烯包裹碳纳米球(rGO@CNS)类核壳结构填料。扫描电镜和红外光谱表征发现,CNS通过破坏TPU基体的内部氢键,打破了 TPU基体的结晶性。将碳系CNS填料热塑性聚氨酯(TPU)复合成膜后,在3 wt%的rGO@CNS添加量下,复合材料的介电常数较之本征提高到了接近30(在103 Hz下),同时rGO@CNS/TPU复合材料具有较低的介电损耗(小于0.1,在103Hz下)。所制备的介电弹性体在直流电场12 V/μm下,实现4.9%最大电致形变量。3.聚苯胺改性石墨烯复合聚氨酯介电弹性材料的研究。在低温环境下制备得到聚苯胺材料,并附着在石墨烯表面,得到一类有机填料改性石墨烯的介电填料,与聚氨酯复合后所制备的介电材料,具有低介电损耗,高相容性,在5 wt%的复合填料量下,直流电场17 V/μm电压下即可实现3.6%的电致形变。