[发明专利]一种高粘结性柔性导电电极及其制备方法

说明书

本发明公开了属于介电弹性体领域的一种高粘结性柔性导电电极及其制备方法。导电电极的主要原料组成：接枝改性硅橡胶、硅油、四氢呋喃、导电碳系填料(导电炭黑、碳纳米管、石墨烯等)、四氢呋喃、交联剂和催化剂。先利用点击化学反应在高乙烯基硅橡胶(乙烯基含量30％～100％)上接枝极性有机小分子；通过使用极性的接枝改性硅橡胶，掺入导电碳系填料，经过超声、搅拌制备了一种高粘结性柔性导电电极。解决了传统硅橡胶与导电炭黑混合制备的导电电极，因炭黑分散性不好、导电性差，尤其与丙烯酸酯型介电弹性体粘接性不好的问题，从而进一步增加丙烯酸酯型介电弹性体的电致形变。

技术领域

本发明属于介电弹性体领域，具体涉及一种高粘结性柔性导电电极及其制备方法。

背景技术

介电弹性体(dielectric elastomer，DE)属于电活性聚合物。在外界电场的作用下，介电弹性体可以将电能转化为机械能，此过程称为介电弹性体电致形变。因其功能与人体肌肉有相似的特点，故有人工肌肉的美誉，被广泛应用于机器人、微型航空器、传感器(如盲人触摸屏)等领域。介电弹性体(DE)在施加外场电压前，需要在介电弹性体薄膜上下两个表面涂覆柔性电极，形成类似于三明治的结构；施加电压后，介电弹性体在上下两个表面的电极区域之间产生麦克斯韦尔应力(也称为库仑力或静电压力)的作用下，介电弹性体薄膜在厚度方向收缩，在平面方向扩张。如何在较低电场作用下获得较大电致形变成为该研究领域的一大挑战。

对于丙烯酸酯型介电弹性体，在丙烯酸酯型介电弹性体发生较大电致形变时，由于通常使用的柔性电极主要是使用硅胶，掺入超导炭黑等制备的液体状或者膏状的柔性碳基电极。当介电弹性体发生较大电致形变时，由于该种电极中的油脂与碳粉颗粒不容易附着在介电弹性体膜上，在反复拉伸过程中容易脱离，造成有效静电压力面积的减小，从而影响介电弹性体电致形变的增大。特别是对于介电弹性体驱动器(dielectric elastomeractuators，DEAs)而言，这种现象可能会导致介电弹性体在工作时受力不均，从而在DEAs驱动时，可能产生过早失效的现象。

专利CN 106564537 A公布了一种基于智能材料驱动的振动移动机构及其制备方法。此专利中，发明人使用了油脂类电极。这种电极是将炭黑与聚甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)进行混合，或是将碳粉悬浮在硅胶硅油等润滑脂上，形成油脂状的电极。对于柔性电极的使用，发明人预先在介电弹性体材料上粘附有预想电极形状的离型纸再涂覆碳膏电极，而将离型纸取下后即可得到预想形状的碳膏电极。该电极的使用方法简单，且能得到任意形状的电极；再者，该类油脂电极柔性大，伸缩性好，不会阻碍DE材料的形变。但是这种电极也存在一些缺点。由于发明人使用涂覆的方法，一是电极的厚度不容易控制均匀，而且在介电弹性体发生电致形变时，具有一定厚度的电极也会阻碍介电弹性体电致形变的进一步增加；二是油脂与碳粉颗粒不容易附着在介电弹性体膜上，在反复拉伸过程中容易脱离；三是使用时间比较长时，油脂类电极会失效，这是由于油脂物质会干涸或者消融。

Pelrine等人制备了一种固体粉末电极，具体制备过程是将碳粉溶解于以水为基体的溶液中，放置在一个压力容器中，通过喷雾的方式将碳粉溶液喷洒在介电弹性体上，溶液蒸发后，石墨粉附着在介电弹性体上。这种方法的优点是电极涂覆更为均匀，而且制备的电极不会干涸(参见Pelrine R E,Kornbluh R D,Joseph J P.Electrostriction ofpolymer dielectrics with compliant electrodes as a means of actuation[J].SensorsActuators A Physical,1998,64(64):77-85.)。