介电弹性体驱动器(DEA)具有质量轻、形变量大、响应速度快、能量密度高等优势,因而在人工肌肉、微型机器人、假肢器官等领域应用前景广阔。然而目前用于制备DEA的介电弹性体(DE)材料的驱动电压较高,对人体或仪器设备存在潜在危险,限制了其应用。因此设计制备能够在低驱动电压下产生大形变的新型DE材料是发展新一代DEA的关键。目前通过分子设计化学合成或接枝改性制备新型均质DE已经成为发展新型DEA的重点方向。本课题旨在建立一种基于巯基-烯烃点击化学反应制备均质DE的新方法,通过在弹性体的侧链上接枝极性侧基,期望制备新型高介电常数(￡,)低模量(Y)的均质DE。并探究分子结构(极性侧基的性质及含量)对机电性能和电驱动性能的影响关系。同时面向硅胶DE在实际应用过程中面临的问题,通过调控分子结构和交联网络实现硅胶DE的功能化。创新性工作及结果如下:(1)基于琉基-烯烃反应设计制备了高机电性能的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)基DE材料。通过巯基-烯烃反应在SBS的聚丁二烯(PB)链段上接枝了酯基从而制备了均质SBS基的DE材料。发现通过调节反应时间可以控制酯基的接枝率。接枝酯基之后,聚苯乙烯(PS)相和PB相发生相融合,两相的尺寸均大幅下降,导致改性SBS的拉伸强度和Y均显著降低,尽管如此改性SBS仍然具有较高的拉伸强度(>3 MPa)。接枝酯基之后,由于极性酯基大幅提高了分子链的极化能力,因而SBS的ε’显著提高。改性SBS更高的ε’以及更低的Y导致大幅提高的电力学敏感因子(β)。15kV/mm下,未改性SBS的电致形变(SA)只有0.01%,而酯基接枝率为81%的改性SBS的SA可以达到2.67%。(2)阐明了均质硅胶DE的分子结构-机电性能的响应关系。通过巯基-烯烃点击反应在高乙烯基含量的聚甲基乙烯基硅氧烷(PMVS)侧链上分别引入酯基、羧基和羟基三种极性基团,制备了 PMVS-COOCH3,PMVS-COOH和PMVS-OH三种均质硅胶DE。通过控制双键含量调控极性基团的接枝率。研究发现,极性基团的接枝率越高,偶极矩越大,相互作用越弱,极性基团的运动能力和分子主链链段的运动能力越强,则ε’越高。极性基团对Y的影响主要由极性基团的相互作用和空间位阻决定。极性基团的相互作用提高了分子间作用力,因而增加了材料的内聚能密度,使Y上升;极性基团的空间位阻会降低分子链缠结,使得分子链堆砌疏松,使Y下降。95%接枝率的PMVS-OH具有优良的电驱动性能,15kV/mm下SA达到9.1%,明显高于参比硅胶(0.2%)和商业化的均质硅胶DE(2.7%)。(3)设计构建了共价键/氬键双交联网络制备兼具高电驱动性能和高机械强度的自增强硅胶DE。从DE的应用出发,针对现有硅基DE强度低,应用过程中易破裂的缺点,探索了网络调控制备自增强均质DE的方法。设计制备了一种双交联网络硅胶DE(SiR-DN),包括羟基封端聚二甲基硅氧烷(PDMS-OH)与带有氨基的交联剂二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷(TAPS)通过缩合交联形成的化学交联网络(PDMS-NH2),以及竣基接枝硅胶(PMVS-COOH)分子链穿插在第一网络中,其分子链上的竣基与TAPS中的氨基形成的第二网络—氢键网络。结果发现氢键可以有效发挥牺牲键的作用实现增强增韧,在PMVS-COOH和PDMS-OH的质量比低于1/1时,提高PMVS-COOH含量会进一步形成更多氢键,因此SiR-DN的拉伸强度和Y随着PMVS-COOH含量的增加而提高,并且由于增加了物理交联提高了交联密度,粘弹损失降低。当PMVS-COOH和PDMS-OH的质量比高于1/1时,氢键网络已经充分完成构建,过量的PMVS-COOH起到了增塑剂的作用,SiR-DN的拉伸强度和Y随PMVS-COOH含量的增加而下降,并且粘弹损失增加。由于SiR-DN的ε’主要由PMVS-COOH提供,因此ε’随着PMVS-COOH含量增加而增加。当PMVS-COOH与PDMS-OH质量比为1.5/1时,双交联网络达到最平衡的机电性能,100 Hz下的￡’、拉伸强度、拉伸韧性和20 kV/mm下的SA相较于参比硅胶分别提高了 5.8倍,2.5倍,6.7倍和4.2倍。(4)设计构建了离子键超分子自修复硅胶DE。由于DE在实际使用过程中会因反复循环或高负荷运行导致击穿破坏,降低使用寿命。因此赋予DE材料自修复的性能可以提高DEA的可靠性,耐用性和使用寿命。这部分工作首先制备了羧基接枝硅橡胶(PMVS-COOH),之后将铁离子引入PMVS-COOH,通过铁离子和羧基之间配位形成离子键,构建了超分子网络硅胶DE(SiR-Fe)。结果发现,铁离子含量低于5%时,材料ε’主要由偶极极化提供,随着铁离子含量提高,ε’逐渐降低。铁离子含量高于5%时,材料ε’主要由界面极化提供,随着铁离子含量提高,ε’显著增加。随着铁离子含量提高,交联密度增加,材料强度和Y提高,断裂伸长率下降。铁离子含量为8%时,104 Hz下SiR-Fe的ε’达到7.5,显著高于商业化硅胶DE(3.2),同时具有较低的介电损耗(0.05)。常温下拉伸韧性的自修复效率即可达到100%。(5)设计构建了氢键/离子键协同的超分子自修复硅胶DE。制备了羧基接枝硅胶(PMVS-COOH)和氨基封端硅胶(PDMS-NH2),将二者共混,依靠羧基与氨基之间形成氢键和离子键从而自组装形成超分子网络的均质硅胶DE(SiR-SN)。结果发现,随着PMVS-COOH含量的增加材料交联密度下降,因此拉伸强度和Y下降。SiR-SN的介电性能主要由PMVS-COOH提供,因此ε’随着PMVS-COOH含量的增加而单调增加。所以SiR-SN的最大SA和给定电场强度下的SA均随着PMVS-COOH含量的增加而增大。SiR-SN在不同的温度下可以实现不同机理的自修复:80℃下通过氢键重组,提高自修复时间可以提高自修复效率;100℃下同时包含氢键重组,离子键重组以及氢键向离子键的转化,氢键向离子键的转化会导致自修复之后Y提高,断裂伸长率下降,提高自修复时间会加剧这一倾向。80℃下的自修复可以最大化材料自修复后的驱动性能表现,而在100℃下自修复所得材料的击穿强度较高,可以提高下一次击穿破坏的时间间隔。样品 SiR-SN0.2/1(PMVS-COOH 和 PDMS-NH2 质量比为 0.2/1)具有最优的综合性能,在15kV/mm下的SA可达到8.3%,80℃下保持5h即可实现拉伸韧性85%的自修复效率。