專利名稱：介電彈性體材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種介電彈性體材料及其制備方法。
技術(shù)背景現(xiàn)今介電彈性體是制造主動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的最有潛力的材料之一。由于其產(chǎn)生的 彈性、韌性、刺激應(yīng)變能力和固有振動(dòng)的振幅與生物的肌肉極其相似，所以獲 得了 "人造肌肉"的美譽(yù)，同時(shí)也被廣泛應(yīng)用于航空航天業(yè)、機(jī)器人或昆蟲的 制造、人工假肢的制造、噪聲的控制、肌肉的復(fù)位與增長、液體和氣體流量控制等眾多領(lǐng)域。但是，現(xiàn)有的介電彈性體材料的介電常數(shù)很低(約1.4 2.S)， 形變不明顯(施加高電壓的情況下形變量約為150%)等缺點(diǎn)，且現(xiàn)有的介電 彈性體材料若產(chǎn)生形變則必須對(duì)其施加高電壓才能實(shí)現(xiàn)，而所施加的電壓高易 擊穿介電彈性體材料，導(dǎo)致材料的失效。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了解決現(xiàn)有介電彈性體材料介電常數(shù)低、形變量小、產(chǎn)生形變所 施加的電壓接近于材料的擊穿電壓的問題，而提供的介電彈性體材料及其制備 方法。介電彈性體材料由馳豫型鐵電陶瓷材料和硅橡膠溶液制成；其中馳豫型鐵電陶瓷材料與硅橡膠溶液的重量比為0.01 0.3 : 1;硅橡膠溶液由硅樹脂BJB TC5005中的可塑劑、催化劑和硅橡膠原膠按0.01 5.5 : 1 : 10的重量比組成。介電彈性體材料按以下方法進(jìn)行制備 一、將硅樹脂BJBTC5005中的可 塑齊l」、催化劑和硅橡膠原膠按0.01 5.5 : 1 : IO的重量比混合，在常溫條件下 以^ 恥0r/min的速率攪拌3 Smin，得硅橡膠溶液；二、將馳豫型鐵電陶瓷 材料和硅橡膠溶液按0.01 0.3 : 1的重量比混合，在常溫條件下以50 斗OOr/min的速率攪拌l5 25min，得介電彈性體硅橡膠溶液；三、將介電彈性 體硅橡膠溶液倒入制膜模具中，然后使介電彈性體硅橡膠溶液均勻分布且與模 具上邊緣平齊；四、將裝有介電彈性體硅橡膠溶液的模具在常溫條件下固化 18 48h;五、脫模，得介電彈性體薄膜，即為介電彈性體材料。本發(fā)明介電彈性體材料的介電常數(shù)提高到80 360。本發(fā)明介電彈性體材料在施加5 7kV電壓條件下的形變量為200% 360%。在本發(fā)明介電彈性體材料上施加10kV電壓仍沒有被擊穿。本發(fā)明介電彈性體材料的制備方法簡單、易操作、工藝容易控制。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式介電彈性體材料由馳豫型鐵電陶瓷材料和硅 橡膠溶液制成；其中馳豫型鐵電陶瓷材料與硅橡膠溶液的重量比為0.01 0.3 :1;硅橡膠溶液由硅樹脂BJB TC5005中的可塑劑、催化劑和硅橡膠原膠按0.01 5.5 : l : 10的重量比組成。硅橡膠溶液直接經(jīng)過固化處理得到的介電彈性體材料的介電常數(shù)很低，僅為1.8，形變量僅為150%。本實(shí)施方式中所使用的硅樹脂BJB TC5005由美國BJB Enterprises公司制造和銷售。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是馳豫型鐵電陶瓷材料為鈦酸鋇，鈦酸鋇的介電常數(shù)為3000 5000。其它與具體實(shí)施方式
一 相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二的不同點(diǎn)是鈦酸鋇的介電常數(shù)為4000。其它與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是馳豫型鐵電陶瓷材料與硅橡膠溶液的重量比為0.1 0.28: 1。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是馳豫型鐵電陶瓷材料與硅橡膠溶液的重量比為0.2 0.26: 1。其它與具體實(shí)施方式
一相 同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是馳豫型鐵電陶瓷材料與硅橡膠溶液的重量比為0.25 : 1。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是可塑劑、催化劑與硅橡膠原膠重量比為2.75 4.4 : 1 : 10。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是可塑劑、催化劑與硅橡膠原膠重量比為3.3 4,0 : 1 : 10。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是可塑劑、催化劑與硅橡膠原膠重量比為3.85 : 1 : 10。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式介電彈性體材料按以下方法進(jìn)行制備一、將硅樹脂BJB TC5005中的可塑劑、催化劑和硅橡膠原膠按0.01 5.5 : 1 : 10 的重量比混合，在常溫條件下以40 400r/min的速率攪拌3 5min，得硅橡膠 溶液；二、將馳豫型鐵電陶瓷材料和硅橡膠溶液按0.01 0.3 : 1的重量比混合， 在常溫條件下以50 400r/min的速率攪拌15 25min，得介電彈性體硅橡膠溶 液；三、將介電彈性體硅橡膠溶液倒入制膜模具中，然后使介電彈性體硅橡膠 溶液均勻分布且與模具上邊緣平齊；四、將裝有介電彈性體硅橡膠溶液的模具 在常溫條件下固化18 48h;五、脫模，得介電彈性體薄膜，即為介電彈性體材料。
具體實(shí)施方式
十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是步驟一中將可塑劑、催化劑和硅橡膠原膠按3.85 : 1 : IO的重量比混合。其它步驟及參 數(shù)與具體實(shí)施方式
十相同。 .具體實(shí)施方式
十二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是步驟一中以100 300r/min的速率攪拌。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
十相同。
具體實(shí)施方式
十三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是步驟一中以150 250r/min的速率攪拌。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
十相同。
具體實(shí)施方式
十四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是步驟一中 以200r/min的速率攪拌。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
十相同。
具體實(shí)施方式
十五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是步驟一中的攪拌時(shí)間為4min。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
十相同。
具體實(shí)施方式
十六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是步驟二中的馳豫型鐵電陶瓷材料為鈦酸鋇，鈦酸鋇的介電常數(shù)為3000 5000。其它步 驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
十相同。
具體實(shí)施方式
十七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是步驟二中將馳豫型鐵電陶瓷材料和硅橡膠溶液按0.1 0.28 : 1的重量比混合。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
十相同。
具體實(shí)施方式
十八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是步驟二中將馳豫型鐵電陶瓷材料和硅橡膠溶液按0.2 0.26 : 1的重量比混合。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
十相同。
具體實(shí)施方式
十九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是步驟二中 將馳豫型鐵電陶瓷材料和硅橡膠溶液按0.25 : 1的重量比混合。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
十相同。
具體實(shí)施方式
二十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是步驟二中以100 350r/min的速率攪拌。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
十相同。
具體實(shí)施方式
二十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是步驟二中以170 330r/min的速率攪拌。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
十相同。
具體實(shí)施方式
二十二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是步驟二 中以300r/min的速率攪拌。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
十相同。
具體實(shí)施方式
二十三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是步驟二中攪拌時(shí)間為20min。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
十相同。
具體實(shí)施方式
二十四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是步驟三中制膜模具為長度為30cm，寬度為30cm，厚度為5mm的長方體。其它步驟 及參數(shù)與具體實(shí)施方式
十相同。
具體實(shí)施方式
二十五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是步驟四 中固化時(shí)間為22 44h。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
十相同。
具體實(shí)施方式
二十六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是步驟四中固化時(shí)間為26 40h。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
十相同。
具體實(shí)施方式
二十七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是步驟四中固化時(shí)間為35h。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
十相同。
具體實(shí)施方式
二十八本實(shí)施方式介電彈性體材料按以下方法進(jìn)行制備一、將硅樹脂BJB TC5005中的可塑劑、催化劑和硅橡膠原膠按4.4 : 1 : 10的 重量比混合，在常溫條件下以200r/min的速率攪拌4min，得硅橡膠溶液；二、 將馳豫型鐵龜陶瓷材料和硅橡膠溶液按0.3 : 1的重量比混合，在常溫條件下 以350r/min的速率攪拌20min,得介電彈性體硅橡膠溶液；三、將介電彈性體 硅橡膠溶液倒入長度為30cm，寬度為Mcm，厚度為5mm的長方體制膜模具 中，然后使其均勻分布且與模具上邊緣平齊；四、將裝有介電彈性體硅橡膠溶 液的模具在常溫條件下固化35h;五、脫模，得介電彈性體薄膜，即為介電彈 性體材料。本實(shí)施方式中所得介電彈性體材料經(jīng)測試，介電常數(shù)為360;在施加7kV電壓下測得，形變量為360%。
權(quán)利要求
1、介電彈性體材料，其特征在于介電彈性體材料由馳豫型鐵電陶瓷材料和硅橡膠溶液制成；其中馳豫型鐵電陶瓷材料與硅橡膠溶液的重量比為0.01～0.3∶1；硅橡膠溶液由硅樹脂BJB TC5005中的可塑劑、催化劑和硅橡膠原膠按0.01～5.5∶1∶10的重量比組成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的介電彈性體材料，其特征在于馳豫型鐵電陶瓷 材料與硅橡膠溶液的重量比為0.2 0.26 : 1。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的介電彈性體材料，其特征在于馳豫型鐵電 陶瓷材料為介電常數(shù)為3000 5000的鈦酸鋇。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的介電彈性體材料，其特征在于馳豫型鐵電 陶瓷材料為介電常數(shù)為4000的鈦酸鋇。
5、 如權(quán)利要求1所述的介電彈性體材料的制備方法，其特征在于介電彈 性體材料按以下方法進(jìn)行制備 一、將硅樹脂BJBTC5005中的可塑劑、催化 劑和硅橡膠原膠按0.01 5.5 : 1 : 10的重量比混合，在常溫條件下以40 400r/min的速率攪拌3 5min，得硅橡膠溶液；二、將馳豫型鐵電陶瓷材料和 硅橡膠溶液按0.01 0.3 : 1的重量比混合，在常溫條件下以50 400r/min的 速率攪拌15 25min，得介電彈性體硅橡膠溶液；三、將介電彈性體硅橡膠溶 液倒入制膜模具中，然后使介電彈性體硅橡膠溶液均勻分布且與模具上邊緣平 齊；四、將裝有介電彈性體硅橡膠溶液的模具在常溫條件下固化18 48h;五、 脫模，得介電彈性體薄膜，即為介電彈性體材料。
6、 根據(jù)權(quán)利要.求5所述的介電彈性體材料的制備方法，其特征在于步驟 二中馳豫型鐵電陶瓷材料為介電常數(shù)為3000 5000的鈦酸鋇。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的介電彈性體材料的制備方法，其特征在于步驟 一中將以150 250r/min的速率攪拌3 5min。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的介電彈性體材料的制備方法，其特征在于步驟 二中馳豫型鐵電陶瓷材料和硅橡膠溶液按重量比為0.2 0.26 : 1的比例混合。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的介電彈性體材料的制備方法，其特征在于步驟 二將以170 330r/min的速率攪拌15 25min。
10、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的介電彈性體材料的制備方法，其特征在于步驟 四中在常溫條件下，固化時(shí)間為26 40h。
全文摘要
介電彈性體材料及其制備方法，它涉及介電彈性體材料及其制備方法。它解決了現(xiàn)有介電彈性體材料介電常數(shù)低、形變量小、產(chǎn)生形變所施加的電壓接近于材料的擊穿電壓的問題。介電彈性體材料由硅樹脂BJB TC5005中的可塑劑、催化劑、硅橡膠原膠和馳豫型鐵電陶瓷材料制成。制備方法先將除馳豫型鐵電陶瓷材料以外的原材料進(jìn)行常溫?cái)嚢?，再加入馳豫型鐵電陶瓷材料再次進(jìn)行常溫?cái)嚢瑁瑢⒅频梦锏谷胫颇Ｄ＞咧羞M(jìn)行固化處理。本發(fā)明介電彈性體材料介電常數(shù)高、形變量大、形變所需電壓遠(yuǎn)低于本發(fā)明介電彈性體材料的擊穿電壓。本發(fā)明制備方法簡單、易操作、工藝容易控制。
文檔編號(hào)H01B3/46GK101250327SQ200810064238
公開日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2008年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月3日
發(fā)明者凱 于, 冷勁松, 劉彥菊, 劉立武, 震 張, 亮 施 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)