本發(fā)明涉及復(fù)合材料制備，尤其涉及一種硅橡膠介電彈性體復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、介電彈性體(dielectric?elastomer，de)材料是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的電活性聚合物材料，在航空航天、智能仿生、生物醫(yī)學(xué)、機(jī)械等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用；影響介電彈性體電致變形的因素有彈性模量和介電常數(shù)，且電致變形與彈性模量成反比，與介電常數(shù)則成正比；因此，介電彈性體必須具有介電常數(shù)高、彈性好、模量低的優(yōu)點(diǎn)；此外，根據(jù)實際實驗條件，介電彈性體還必須滿足介電損耗低、擊穿電場強(qiáng)的特性。

2、硅橡膠具有彈性模量低、應(yīng)變響應(yīng)快、回彈速率高、熱穩(wěn)定性高、耐臭氧、抗紫外線、耐濕等優(yōu)異性能，是目前最有希望的介電彈性體材料，可廣泛應(yīng)用于驅(qū)動器、傳感器等領(lǐng)域；為了將硅橡膠應(yīng)用于介電彈性體領(lǐng)域，提高其介電常數(shù)、保持其低介電損耗和低彈性模量，也是當(dāng)前研究人員的主要工作目標(biāo)；為了增加硅橡膠的介電性能，一般可通過添加陶瓷填料(如，碳化硅鋁，以鋁合金為基體，以碳化硅陶瓷顆粒作為增強(qiáng)相)或者導(dǎo)電填料來增加硅橡膠的介電常數(shù)，如碳類材料，而陶瓷填料需要較高體積分?jǐn)?shù)，會影響復(fù)合材料的力學(xué)性能；且陶瓷填料與硅橡膠在復(fù)合的過程中，陶瓷材料和硅橡膠難以得到充分分散，主要是因為陶瓷作為填充材料的表面層在一定張力，會相互吸引并聚集在一起，從而出現(xiàn)團(tuán)聚的現(xiàn)象，以此制備得到的復(fù)合材料，其性能會遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論預(yù)估的定值。

3、因此，有必要設(shè)計一種硅橡膠介電彈性體復(fù)合材料及其制備方法，以解決上述的不足之處。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種硅橡膠介電彈性體復(fù)合材料及其制備方法。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種硅橡膠介電彈性體復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

3、s1、制備二維的碳化硅mxene和甲基乙烯基硅橡膠，并將二維的碳化硅mxene和甲基乙烯基硅橡膠分別融入有機(jī)溶劑中，分別獲得mxene分散液和硅橡膠溶液；

4、s2、制備一維的碳納米管，使得mxene分散液混合在碳納米管中，以達(dá)到界面效應(yīng)，形成穩(wěn)定的mxene-碳納米管雜化填料懸浮液；

5、s3、將mxene-碳納米管雜化填料懸浮液與硅橡膠溶液均勻混合，并加入偶聯(lián)劑和硫化劑，以獲得混合溶液；

6、s4、對制備得到的混合溶液蒸發(fā)熱處理，得到介電彈性體復(fù)合材料。

7、本發(fā)明一個較佳實施例中，在所述s1中，采用ti3alc2max制備出二維的碳化硅mxene，且制備的方法，包括以下步驟：

8、s11、將金屬鈦、鋁和碳以3～3.2：1～1.2：2～2.2的比例混合制備，得到ti3alc2max；

9、s12、將制備得到的ti3alc2前體材料放入酸性溶液中刻蝕處理，以去除鋁層，得到二維的碳化硅mxene；

10、s13、將二維的碳化硅mxene分離提純處理。

11、本發(fā)明一個較佳實施例中，所述ti3alc2max刻蝕處理的溫度為40～45℃，時間為下刻蝕40～42h。

12、本發(fā)明一個較佳實施例中，所述ti3alc2max刻蝕采用的酸性溶液為純度55％的氫氟酸溶液。

13、本發(fā)明一個較佳實施例中，在所述s2中，以界面效應(yīng)形成穩(wěn)定mxene-碳納米管雜化填料懸浮液的方法，包括以下步驟：

14、s21、將一維的碳納米管和mxene分散液混合放置在加熱爐內(nèi)加熱，并通入惰性氣體；

15、s22、控制加熱溫度和時間，一維的碳納米管和二維的碳化硅mxene實現(xiàn)原位復(fù)合，形成穩(wěn)定的界面層；

16、s23、對一維的碳納米管和二維的碳化硅mxene實現(xiàn)原位復(fù)合的溶液冷卻過濾得到穩(wěn)定的mxene-碳納米管雜化填料懸浮液。

17、本發(fā)明一個較佳實施例中，在所述s22中，加熱爐的加熱溫度為300～600℃，時間為45～60min，壓強(qiáng)10～15mpa。

18、本發(fā)明一個較佳實施例中，所述碳化硅mxene為二維層狀結(jié)構(gòu)，所述碳納米管為一維的多壁碳納米管，且所述二維的碳化硅mxene和一維的碳納米管復(fù)合形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

19、本發(fā)明一個較佳實施例中，在所述s4中，對介電彈性體復(fù)合材料的蒸發(fā)熱處理采用110～120℃、10～15mpa下，蒸發(fā)15～18min，再以130～150℃下硫化2～2.5h退火的方式。

20、本發(fā)明一個較佳實施例中，所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑，且所述硅橡膠和mxene-碳納米管雜化填料的混合質(zhì)量比為80～85：1～5，所述硅橡膠與加入的偶聯(lián)劑和硫化劑質(zhì)量比均為80～82：2～2.4，且所述mxene-碳納米管雜化填料中，碳化硅mxene與碳納米管的質(zhì)量比為1～2：1～2。

21、一種硅橡膠介電彈性體復(fù)合材料，其特征在于，基于權(quán)利要求1-9任一項所述的一種硅橡膠介電彈性體復(fù)合材料的制備方法制得。

22、本發(fā)明解決了背景技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明具備以下有益效果：

23、(1)本發(fā)明一種硅橡膠介電彈性體復(fù)合材料及其制備方法，利用二維的碳化硅mxene和一維的碳納米管雜化后作為填料，以形成界面層將碳納米管和碳化硅mxene牢固地包裹，起到隔離和穩(wěn)定的作用，有效的避免了填料出現(xiàn)團(tuán)聚和聚集的情況，并通過硅烷偶聯(lián)劑的作用下，填料能更加均勻地分散在硅橡膠基體中，使得復(fù)合材料具有較強(qiáng)的界面極化效應(yīng)，從而具有較高的介電常數(shù)，介電損耗保持在較低范圍，且具有較好的力學(xué)性能。

24、(2)本發(fā)明利用二維的碳化硅mxene和一維的碳納米管的復(fù)合，以碳納米管為骨架，碳化硅mxene可以填充在碳納米管之間，填充空隙并增加界面面積，形成一個三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而提高了介電彈性體復(fù)合材料的強(qiáng)度和導(dǎo)電性，同時，形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增加材料的均勻性和穩(wěn)定性。

25、(3)本發(fā)明中利用二維的碳化硅mxene和一維的碳納米管的復(fù)合，使得介電彈性體復(fù)合材料碳納米管形成一個導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提供了通道供電子流動，有效地提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性能，且碳納米管和碳化硅mxene形成的界面層可以促進(jìn)電荷的傳輸，進(jìn)一步提高了材料的導(dǎo)電性能。

技術(shù)特征：

1.一種硅橡膠介電彈性體復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種硅橡膠介電彈性體復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：在s1中，采用ti3alc2max制備出二維的碳化硅mxene，且制備的方法，包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2的一種硅橡膠介電彈性體復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：ti3alc2max刻蝕處理的溫度為40～45℃，時間為下刻蝕40～42h。

4.根據(jù)權(quán)利要求2的一種硅橡膠介電彈性體復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：ti3alc2max刻蝕采用的酸性溶液為純度55％的氫氟酸溶液。

5.根據(jù)權(quán)利要求1的一種硅橡膠介電彈性體復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：在s2中，以界面效應(yīng)形成穩(wěn)定mxene-碳納米管雜化填料懸浮液的方法，包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5的一種硅橡膠介電彈性體復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：在s22中，加熱爐的加熱溫度為300～600℃，時間為45～60min，壓強(qiáng)10～15mpa。

7.根據(jù)權(quán)利要求1的一種硅橡膠介電彈性體復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：碳化硅mxene為二維層狀結(jié)構(gòu)，碳納米管為一維的多壁碳納米管，且二維的碳化硅mxene和一維的碳納米管復(fù)合形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1的一種硅橡膠介電彈性體復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：在s4中，對介電彈性體復(fù)合材料的蒸發(fā)熱處理采用110～120℃、10～15mpa下，蒸發(fā)15～18min，再以130～150℃下硫化2～2.5h退火的方式。

9.根據(jù)權(quán)利要求1的一種硅橡膠介電彈性體復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑，且硅橡膠和mxene-碳納米管雜化填料的混合質(zhì)量比為80～85：1～5，硅橡膠與加入的偶聯(lián)劑和硫化劑質(zhì)量比均為80～82：2～2.4，且mxene-碳納米管雜化填料中，碳化硅mxene與碳納米管的質(zhì)量比為1～2：1～2。

10.一種硅橡膠介電彈性體復(fù)合材料，其特征在于，基于權(quán)利要求1-9任一項所述的一種硅橡膠介電彈性體復(fù)合材料的制備方法制得。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種硅橡膠介電彈性體復(fù)合材料及其制備方法，制備碳化硅MXene分散液和硅橡膠溶液；并將碳納米管和MXene分散液混合，形成穩(wěn)定的MXene?碳納米管雜化填料懸浮液；將MXene?碳納米管雜化填料懸浮液與硅橡膠溶液均勻混合，并加入偶聯(lián)劑和硫化劑，以獲得混合溶液；對制備得到的混合溶液蒸發(fā)熱處理；本發(fā)明利用二維的碳化硅MXene和一維的碳納米管雜化后作為填料，以形成界面層將碳納米管和碳化硅MXene牢固地包裹，起到隔離和穩(wěn)定的作用，有效的避免了填料出現(xiàn)團(tuán)聚和聚集的情況，并通過硅烷偶聯(lián)劑的作用下，填料能更加均勻地分散在硅橡膠基體中，使得復(fù)合材料具有較強(qiáng)的界面極化效應(yīng)，從而具有較高的介電常數(shù)，介電損耗保持在較低范圍，且具有較好的力學(xué)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：曾玉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江西科技學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23