Enhanced Electromechanical Performance of Natural Rubber Composites via Constructing Strawberry-like Dielectric Nanoparticles

材料科学 钛酸钡 纳米颗粒 复合材料 电介质 涂层 弹性体 硅橡胶 天然橡胶 陶瓷 纳米技术 光电子学
作者
Dan Yang,Liyuan Yu,Yafei Liang,Qungui Wei,Yufeng Ni,Liqun Zhang
出处
期刊:ACS applied polymer materials [American Chemical Society]
卷期号:2 (12): 5621-5629 被引量:21
标识
DOI:10.1021/acsapm.0c00940
摘要

Dielectric elastomer actuators (DEA) were widely applied in the field of sensors, artificial muscles, and microrobotics as they can convert electrical energy into mechanical energy. In this work, we have designed strawberry-like barium titanate/tannic acid-ferric ion/silver (denoted as BT/TA-FeIII/Ag) dielectric nanoparticles to improve the electromechanical performance of natural rubber (NR)-based composites. In the first instance, BT nanoparticles were modified by TA by introducing catechol- and pyrogallol-type phenols, which can be complexed with FeIII to form a coating of TA-FeIII on the surface of the BT nanoparticles (denoted as BT/TA-FeIII). Then, Ag nanoparticles were deposited on the surface of BT/TA-FeIII by the reduced Ag+ via an electroless plating method. The addition of BT/TA-FeIII/Ag nanoparticles in the NR matrix enhanced the electromechanical sensitivity of NR-based composites and thus increased the actuation strain of NR-based composites. In addition, the discontinuous silver layer deposited on the surface of BT/TA-FeIII/Ag nanoparticles maintained good insulation of NR-based composites. In the final step, a high actuation strain (15.3%) was achieved by NR-based composites filled with 10 phr BT/TA-FeIII/Ag at a low electrical field (62.2 kV/mm), which was about 2.2 fold larger than the actuation strain of the pure NR (about 7.0% at 54.7 kV/mm). Overall, this strategy could provide insights for the preparation of dielectric elastomers with high actuation strain driven by a low voltage.
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