硅烷间隔长度对聚二甲基硅氧烷-石墨烯纳米复合材料机械性能和介电性能的机制性评价

《Polymer Engineering & Science》：Mechanistic Evaluation of Silane Spacer Length on Mechanical and Dielectric Properties of Polydimethylsiloxane-Graphene Nanocomposites

硅烷修饰石墨烯通过调节长链硅烷的疏水作用改善导电纳米填料的分散性，形成绝缘层有效抑制电子漏电与体传导，使PDMS纳米复合材料的介电损耗降低、击穿强度提升近两倍，Maxwell应力增加约两倍，为高效率电致执行器开发提供新策略。

　　

摘要

在介电弹性体复合材料中使用导电纳米填料的主要挑战在于颗粒的适当分散，以及介电常数与介电损耗之间的权衡。介电损耗是由于界面极化和电流泄漏导致的体导电现象。为了解决这些挑战，本研究探讨了接枝在还原氧化石墨烯（RGO）表面的硅烷中的烃类间隔基团长度的作用。为此，使用两种具有不同烃类间隔基团长度的硅烷偶联剂对RGO进行了表面改性：短间隔基团的三乙氧基丙基硅烷（PTEO）和长间隔基团的十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS），并评估了其对聚二甲基硅氧烷纳米复合材料机械性能和介电性能的影响。结果表明，较长间隔基团的硅烷能够改善RGO在PDMS中的分散效果，并形成绝缘层，从而抑制电荷泄漏和体导电现象。含有长间隔基团硅烷的复合材料的介电损耗显著降低，介电击穿强度提高，介电效率也得到改善。尤为值得注意的是，含有长间隔基团硅烷的纳米复合材料的最大麦克斯韦应力大约是未涂层或短间隔基团硅烷复合材料的两倍，这一参数与驱动应变密切相关，突显了烃类间隔基团长度在优化屏障效应和最小化电子跃迁方面的关键作用。

亮点

• 接枝硅烷的石墨烯提高了硅橡胶的介电效率。
• 长间隔基团的硅烷改善了硅橡胶中颗粒的分散效果。
• 长间隔基团形成的绝缘层抑制了体导电现象。
• 高的介电常数和强度赋予了较高的麦克斯韦应力。
• 此类复合材料是介电弹性体执行器的理想候选材料。

数据可用性声明

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