低模量高介电常数介电弹性体的合成及性能.docx

低模量高介电常数介电弹性体的合成及性能
低模量高介电常数介电弹性体的合成及性能
1.引言
作为一种功能高分子材料，介电弹性体具有广泛的应用价值，例如在柔性电子、电容器、电场传感器等方面。在其中的一个重要性质就是介电常数，可以通过改变介电常数来调节材料的性能。另外，介电弹性体也有一定的应变能力，是因为它的弹性模量较低，适应性强。因此，合成一种低模量高介电常数介电弹性体具有很大的研究意义和实际应用价值。
2.合成方法
主要有两种方法来合成低模量高介电常数介电弹性体：一种是将高介电常数的介电质与弹性体结合，另一种是通过聚合物中含有高极性基团来增加介电常数，同时降低模量。下面主要介绍一下第二种方法。
相较于与介电质分子结合的方式，通过在聚合物材料中引入极性基团，可以大大减小介电势垒，从而提高介电常数。同时，也能够降低材料的模量，使得材料具有更好的柔性和耐屈曲能力。主要的极性基团包括：酯基、氟代基、羧基、亚胺基等。以聚氨酯为例，其主要的合成方式如下：
将异佛尔酮（IPDI）和1,4-丁二醇反应得到异氰酸酯预聚体；再加入聚醚二醇和含有极性基团的二元酸，进行聚合反应。其中，聚醚二醇和二元酸的分子量和组成可以根据需要来进行调节，以达到所需的介电常数和弹性模量。
3.性能分析
在最近几年的研究中，有研究者成功地合成了一些低模量高介电常数的介电弹性体。这些材料相比于传统材料，具有更好的柔性和可塑性。同时，由于其高介电常数，可以应用于电容器和传感器领域。这里列举一些具体的成果。
（1）熊本大学的研究团队制备了一种介电常数为50的聚合物薄膜，其材料弹性模量在0.1~0.2MPa之间。材料通过在聚氨酯中掺入五氟荧蒽单酸甲酯官能团来实现高介电常数。
（2）北京师范大学的研究团队以聚醚型热塑性弹性体为基底，通过添加含有羧基的单体进行掺杂，以实现高介电常数。在这个体系中，添加3%左右的羧基单体可以将介电常数提高至50左右。
（3）新加坡南洋理工大学的研究团队通过在聚硅氧烷（PSiO）中引入氟代基，成功地制备了一种具有高柔性且介电常数可调的高分子材料。通过控制氟代基含量，可以将介电常数从4提高至14。此外，该材料还具有良好的耐热和耐候性能，表现出良好的应用前景。
4.结论
低模量高介电常数介电弹性体的合成及性能已成被广泛研究的领域。通过在聚合物中引入极性基团，可以实现材料的柔性和高介电常数特性。然而，目前这些材料的研究还没有达到最佳状况，需要进一步的改进和研究。一方面是增加介电常数的能力还有待提高，另一方面是如何在保持高介电常数的同时兼顾强度和其他性质仍待研究。利用合适的合成方法，设计更好的材料结构和尺寸，将有助于实现更高的性能表现。