Synthesis of polysiloxane elastomers modified with sulfonyl side groups and their electromechanical response

材料科学 弹性体 电容器 电介质 介电弹性体 复合材料 介电常数 执行机构 玻璃化转变 电场 聚合物 光电子学 电压 电气工程 工程类 物理 量子力学
作者
Yauhen Sheima,Thulasinath Raman Venkatesan,Holger Frauenrath,Dorina M. Opris
出处
期刊:Journal of Materials Chemistry C [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:11 (22): 7367-7376 被引量:3
标识
DOI:10.1039/d3tc00200d
摘要

Dielectric elastomer transducers are elastic capacitors that respond to mechanical or electrical stress. They can be used in applications such as millimeter-sized soft robots and harvesters of the energy contained in ocean waves. The dielectric component of these capacitors is a thin elastic film, preferably made of a material having a high dielectric permittivity. When properly designed, these materials convert electrical energy into mechanical energy and vice versa, as well as thermal energy into electrical energy and vice versa. Whether a polymer can be used for one or the other application is determined by its glass transition temperature (Tg), which should be significantly below room temperature for the former and around room temperature for the latter function. Herein, we report a polysiloxane elastomer modified with polar sulfonyl side groups to contribute to this field with a powerful new material. This material has a dielectric permittivity as high as 18.4 at 10 kHz and 20 °C, a relatively low conductivity of 5 × 10-10 S cm-1, and a large actuation strain of 12% at an electric field of 11.4 V μm-1 (0.25 Hz and 400 V). At 0.5 Hz and 400 V, the actuator showed a stable actuation of 9% over 1000 cycles. The material exhibited a Tg of -13.6 °C, which although is well below room temperature affected the material's response in actuators, which shows significant differences in the response at different frequencies and temperatures and in films with different thicknesses.
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