Adv. Mater. || 用于可拉伸介电材料的液态金属弹性体纳米复合材料
2019-04-29 09:59:06
作者：本网整理 来源：材料前沿科技
可拉伸的高介电常数材料对于可穿戴计算和软机器人等新兴领域的电子应用至关重要。开发这些软材料体系的常用策略是将无机填料混合成软有机聚合物，得到的复合材料将聚合物基质的机械性能与无机分散相的电学和热学性质相结合。然而，这种方法的一个限制是，以提高的电或热性能所需的高浓度的填料往往会导致在聚合物的机械性能的劣化，并导致所述复合变得更僵硬和较小的弹性。目前，已经用共晶镓（EGaIn）微粒化液滴（直径≈2-50μm）的多分散悬浮液合成了液态金属嵌入弹性体（LMEE）。在对比刚性无机粒子-例如，银粉末，碳纳米管，钛酸钡和其它金属，碳或陶瓷颗粒-这些EGaIn液滴随周围的聚合物自由变形，对弹性顺应性和应变极限的影响有限。
美国Carnegie Mellon University的Carmel Majidi课题组报告了一类可拉伸的LM-弹性体纳米复合材料，并研究了LM夹杂物对这些复合材料的介电和机械性能的尺寸效应。通过增强介电弹性体致动器和能量采集传感器的性能，证明了LM-弹性体纳米复合材料在软机和电子设备中的独特使能特性和实用性。
▲图1.LM弹性体复合材料以及包含不同直径填料下的复合材料的介电击穿强度和机械应变
▲图2.LM-弹性体复合材料的介电性能。
▲图3.LM-弹性体复合材料的力学性能。
▲图4.LM-弹性体纳米复合材料的演示。
在本工作中，作者报道了一类具有独特的力学和介电性能与软性多功能材料结合的LM-弹性体纳米复合材料。将这些粒径为100nm的纳米复合材料与含有0（1μm）和O（10μm）直径填料的复合材料进行了性能比较，研究了LM填料尺寸对复合材料性能的影响。具有较大LM包裹体的LM-弹性体复合材料，即O（10μm）的直径，随着LM体积分数φ的增加，其介电击穿强度明显降低。相比之下，含有O（1μm）-和O（100 Nm）尺寸包裹体的LM-弹性体复合材料在电子束中表现出更稳定的线性下降。还观察到LM夹杂以保持聚合物基体的应变极限（即延展性），这与线弹性断裂力学的原理是一致的。虽然在初试件的初始载荷中观察到了Mullin效应，但LM-弹性体复合材料一般表现出较高的弹性行为，其机械滞回率可以忽略不计。这种增强的介电常数、可控的介电击穿强度和类似橡胶的力学性能的独特组合使LM-弹性体纳米复合材料在软材料驱动、储能和能量收集方面具有变革性的影响。
研究成果“A Liquid-Metal–Elastomer Nanocomposite for Stretchable Dielectric Materials”发表在Adv. Mater.上。
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