[发明专利]一种高介电性能自愈合聚氨酯复合材料及其制备的方法和制动应用

说明书

本发明公开了一种高介电性能自愈合聚氨酯复合材料及其制备的方法和制动应用，一种高介电性能自愈合聚氨酯复合材料，所述高介电性能自愈合聚氨酯复合材料是由M/TiC复合填料与自愈合介电弹性体材料组成的混合材料，所述M/TiC复合填料重量含量为0.02‑0.1％，M/TiC复合填料为纳米颗粒材料，M为Au、Al、Ti、Zr、Fe、Co、Ni、Cu、Ag和Zn中的任意一种。本发明通过M/TiC复合填料的填入一方面提高了弹性体薄膜的介电性能；另一方面，开辟了提高弹性体制动器制动性能的新方法；与传统陶瓷填料相比，M/TiC参杂量更少，而且具有高介电性，低介电损耗的优异性能，制动器器件表现出更高的机电稳定性。

技术领域

本发明属于自愈合弹性体材料和介电弹性体微制动器领域，具体涉及一种高介电性能自愈合聚氨酯复合材料及其制备的方法和制动应用。

背景技术

目前大多数机器人依靠刚性部件，在结构化的环境中出色完成重复性工作。相比之下，生物则通过其柔软结构来适应外界环境，这种差异促使软机器人的发展，及由柔性材料制成，可以适应周围环境的新型软机器人。在各种软机器人驱动结构中，电制动器由于其柔软性、高能量密度、无声操作和类似肌肉的性能优点被认为是最有前途的制动方式。迄今为止，已经报道了许多介电弹性体微制动器，也被用于各种设备，例如传感器、平板扬声器、微型飞行器和尺蠖机器人。然而，介电弹性体微制动器在制动的过程中通常需要在介电弹性体微制动器上施加高电压(高达数千伏)，高电压易击穿电介质而导致介电弹性体微制动器寿命损害。电介质被击穿时电极之间的电压会突然释放，在此过程中会产生大量的热量，这将导致介电弹性体燃烧，从而损坏整个介电弹性体微制动器。同时，介电弹性体微制动器在运行过程中容易磨损或部分损坏，这些缺点严重限制了它的发展。

为了提高介电弹性体微制动器的可靠性，制造在损坏或击穿后能够自愈并保持原有的性能运行的器件是该领域的研究趋势。如果介电弹性体微制动器具有自愈合的能力，它不仅可以修复材料本身的内部缺陷，还可以修复由磨损或击穿引起的裂纹，以保持结构和功能的完整性，从而增加安全性和寿命。

近年来介电弹性体微制动器明显的发展态势是逐步趋向集成软功能电子设备的研究，而功能化集成意味着要适应更为复杂的工作环境，这对器件稳定性是一个极大的考验，也对弹性体材料的要求更为苛刻。近5年研究自愈合弹性体材料的热度大幅上升，自愈合性能可以很大程度的提高电子皮肤和制动器的工作稳定性，进而适应更多功能集成应用。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，本发明提供一种高介电性能自愈合聚氨酯复合材料及其制备的方法和制动应用，旨在填加Au/TiC复合材料到自愈合介电弹性体材料中形成高介电性能自愈合聚氨酯复合材料，实现在低含量填料下介电常数的明显提升，获得较好的机械稳定性。

本发明采用的技术方案如下：

一种高介电性能自愈合聚氨酯复合材料，所述高介电性能自愈合聚氨酯复合材料是由M/TiC复合填料与自愈合介电弹性体材料组成的混合材料，所述M/TiC复合填料重量含量为0.02-0.1％，M/TiC复合填料为纳米颗粒材料，M为Au、Al、Ti、Zr、Fe、Co、Ni、Cu、Ag和Zn中的任意一种。

优选的，所述自愈合介电弹性体材料为PU-UPy、PDMS-Upy和PDMS-PANI中的任意一种。

优选的，所述高介电性能自愈合聚氨酯复合材料是由Au/TiC复合填料与自愈合介电弹性体材料PU-UPy组成的混合材料，所述Au/TiC复合填料重量含量为0.02wt％-0.1wt％，Au/TiC为纳米颗粒材料。

本发明的第二个目的是提供基于一种高介电性能自愈合聚氨酯复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将PTMEG(聚四亚甲基醚二醇)在真空下110-130℃搅拌1.5-3h，除水后冷却至65-75℃；