一种热固性介电弹性体薄膜及其介电驱动器制造技术

本发明专利技术公开了一种热固性介电弹性体薄膜及其介电驱动器。该介电弹性体薄膜是由丙烯酸酯类单体与带有不活泼碳碳双键的烯类功能单体通过本体自由基共聚合制得的热固性薄膜，后期经有机溶剂浸泡溶胀的方法将多巯基的交联剂和光引发剂同时均匀复合到薄膜中，真空干燥后的区域模量可调的薄膜在紫外光照射下可进一步发生巯基

【技术实现步骤摘要】
一种热固性介电弹性体薄膜及其介电驱动器


[0001]本专利技术涉及热固性介电弹性体领域，具体涉及一种热固性介电弹性体薄膜及其介电驱动器。

技术介绍

[0002]介电弹性薄膜在进行驱动时，涂覆在其上下表面的柔性电极会形成电场，从而产生麦克斯韦应力去挤压介电弹性体薄膜，其宏观上表现为在厚度方向上薄膜被压缩，平面方向上均匀扩张。
[0003]针对力学各向同性的介电弹性体薄膜，其驱动时发生各向同性的驱动变形。但在应用时往往只运用了薄膜某一方向的驱动变形，其他方向的驱动变形并未得到很好地利用，造成能量的浪费。
[0004]目前为了实现介电弹性体薄膜的各向异性驱动主要方式有：
[0005]一是用各向同性的介电弹性体薄膜实现各项异性驱动，如通过对力学各向同性介电弹性体薄膜的不对称预拉伸实现各向异性的驱动变形(Sci.Robot.,2018,3,eaat2874)，或者是通过将硬质纤维有取向性的附加到力学各向同性的介电弹性体薄膜上实现各向异性的驱动变形(Adv.Mater.,2015,27,6814
–
6819)，又或者使用具有取向结构的柔性电极实现介电弹性体薄膜的各向异性驱动变形(Carbon,2015,89,113
‑
120.)。
[0006]二是制备力学各向异性的介电弹性体薄膜来实现各向异性的驱动变形，如液晶单元取向的介电弹性体薄膜(Sci.Adv.,2019,5(11),eaay0855)，或者结晶单元取向排列的聚烯烃类嵌段共聚物薄膜(Adv.Funct.Mater.,2018,28(36),1803467)，或者具有微相分离结构的热塑性弹性体经单轴拉伸和热松弛处理得到的力学各向异性介电弹性体薄膜(Nanoscale,2020,12,7514)。
[0007]但以上的方法在应用时存在些许问题，其中对薄膜预拉伸处理，会产生应力松弛问题，从而降低驱动器的驱动性能，取向的电极在多次驱动后，取向度会有所降低，两者都不能够保证驱动器长时间稳定的工作；外加硬质框架会限制将驱动器做小，引入液晶单元取向或基于聚烯烃类结晶单元取向排列制备的薄膜初始模量较高，需要增塑剂降低其初始模量，拉伸热松弛制得的取向薄膜，其高分子链不能完全松弛，在较高温度下易发生热致收缩变形；同时以上方法均不能快捷方便地实现介电弹性体薄膜的图案化驱动变形。

技术实现思路

[0008]针对本领域存在的不足之处，本专利技术提供了一种热固性介电弹性体薄膜。该介电弹性体薄膜是由丙烯酸酯类单体与带有至少一个不活泼碳碳双键的烯类功能单体通过本体自由基共聚合制得的热固性薄膜，后期经有机溶剂浸泡溶胀的方法将多巯基的交联剂和光引发剂同时均匀复合到介电弹性体薄膜中，真空干燥后所得的区域模量可调的介电弹性体薄膜在紫外光照射下可进一步发生巯基
‑
烯点击反应，从而提高薄膜的交联密度，改变光照区域的模量。经过具有特定图案的掩膜板进行紫外光照射后，光照区域可进一步固化交
联，实现介电弹性体薄膜模量的图案化设计，从而应用于制备具有各向异性驱动变形或图案化驱动变形的介电弹性体驱动器，对于制备高性能的柔性驱动器和软体机器人具有重要意义。
[0009]一种热固性介电弹性体薄膜，其制备方法包括步骤：
[0010](1)将丙烯酸酯类单体、带有至少一个不活泼碳碳双键的烯类功能单体、引发剂和可选择性加入的交联剂(即交联剂可根据实际情况加入或不加入)共混，进行本体自由基共聚合制得热固性薄膜；
[0011](2)采用有机溶剂浸泡溶胀的方法，将含多巯基的交联剂和光引发剂同时均匀复合到所述热固性薄膜中，真空干燥得到可进一步紫外光交联的热固性介电弹性体薄膜。
[0012]步骤(1)中：
[0013]所述丙烯酸酯类单体优选自丙烯酸正丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸
‑2‑
乙基己酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸异辛酯中的一种单体或多种单体。
[0014]所述烯类功能单体中，所述不活泼碳碳双键指位于所述烯类功能单体的侧链且处于以下链状或环状结构中的实线不饱和双键(本专利技术对虚线部分不进行结构限定)：
[0015][0016]所述交联剂指其单体分子上带有两个或两个以上的可发生自由基聚合的端部活泼碳碳双键，包括1,3
‑
丁二烯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、月桂烯、1,4
‑
丁二醇二丙烯酸酯、1,6
‑
己二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或多种。
[0017]所述引发剂优选自偶氮类引发剂、有机过氧类引发剂，包括偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化二苯甲酰、过氧化十二酰、过氧化苯甲酸叔丁酯中的至少一种。
[0018]在一优选例中，所述烯类功能单体占所述丙烯酸酯类单体与所述烯类功能单体之和的摩尔百分比为5
‑
95％。
[0019]所述引发剂占所述丙烯酸酯类单体与所述烯类功能单体之和的摩尔百分比优选为0.1％～5％。
[0020]所述交联剂占所述丙烯酸酯类单体与所述烯类功能单体之和的摩尔百分比优选不超过20％。
[0021]步骤(1)中，在惰性气体保护下，40～100℃进行本体自由基共聚合4～20h制得热固性薄膜。
[0022]步骤(2)中，通过将步骤(1)制得的热固性薄膜浸泡溶胀增大分子链间隙，使含多巯基的交联剂和光引发剂可均匀扩散至薄膜当中。
[0023]步骤(2)中：
[0024]所述有机溶剂优选为四氢呋喃、氯仿、二氯甲烷、乙酸乙酯、二氧六环、丙酮、N,N
‑
二甲基甲酰胺、异丙醇中的至少一种。
[0025]所述含多巯基的交联剂优选自1,3
‑
丙二硫醇、1,6
‑
己二硫醇、1,8
‑
辛二硫醇、1,10
‑
癸二硫醇、3,6
‑
二氧杂
‑
1,8
‑
辛烷二硫醇、1,4
‑
丁二醇二(巯基乙酸酯)、季戊四醇四巯基乙酸酯、二(2
‑
巯基乙基)己二酸酯、1,4
‑
丁二硫醇、1,2
‑
丁二硫醇中的一种或多种。
[0026]所述光引发剂优选自1
‑
羟基环己基苯酮、苯甲酰甲酸甲酯、2
‑
羟基
‑4‑
(2
‑
羟乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮、2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基
‑
二苯基氧化膦、2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、2
‑
二甲氨基
‑2‑
苄基
‑1‑
[4
‑
(4
‑
吗啉基)苯基]‑1‑
丁酮、2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热固性介电弹性体薄膜，其特征在于，其制备方法包括步骤：(1)将丙烯酸酯类单体、带有至少一个不活泼碳碳双键的烯类功能单体、引发剂和可选择性加入的交联剂共混，进行本体自由基共聚合制得热固性薄膜；(2)采用有机溶剂浸泡溶胀的方法，将含多巯基的交联剂和光引发剂同时均匀复合到所述热固性薄膜中，真空干燥得到可进一步紫外光交联的热固性介电弹性体薄膜。2.根据权利要求1所述的一种热固性介电弹性体薄膜，其特征在于，步骤(1)中：所述丙烯酸酯类单体选自丙烯酸正丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸
‑2‑
乙基己酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸异辛酯中的一种单体或多种单体；所述烯类功能单体占所述丙烯酸酯类单体与所述烯类功能单体之和的摩尔百分比为5
‑
95％；所述烯类功能单体中，所述不活泼碳碳双键指位于所述烯类功能单体的侧链且包含以下链状或环状结构中的实线不饱和双键：所述交联剂指其单体分子上带有两个或两个以上的可发生自由基聚合的端部活泼碳碳双键，包括1,3
‑
丁二烯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、月桂烯、1,4
‑
丁二醇二丙烯酸酯、1,6
‑
己二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或多种；所述交联剂占所述丙烯酸酯类单体与所述烯类功能单体之和的摩尔百分比不超过20％；所述引发剂选自偶氮类引发剂、有机过氧类引发剂，包括偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化二苯甲酰、过氧化十二酰、过氧化苯甲酸叔丁酯中的至少一种；所述引发剂占所述丙烯酸酯类单体与所述烯类功能单体之和的摩尔百分比为0.1％～5％；所述本体自由基共聚合是在惰性气体保护下，40～100℃进行本体自由基共聚合4～20h制得热固性薄膜。3.根据权利要求1所述的一种热固性介电弹性体薄膜，其特征在于，步骤(2)中：所述有机溶剂为四氢呋喃、氯仿、二氯甲烷、乙酸乙酯、二氧六环、丙酮、N,N
‑
二甲基甲酰胺、异丙醇中的至少一种；所述含多巯基的交联剂选自1,3
‑
丙二硫醇、1,6
‑
己二硫醇、1,8
‑
辛二硫醇、1,10
‑
癸二硫醇、3,6
‑
二氧杂
‑
1,8
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖友华，宋元龙，林晓鹏，鲁晓东，饶青青，傅深渊，
申请(专利权)人：浙江农林大学，
类型：发明
国别省市：