电活性聚合物的研究进展

【作者】 王岚； 王海燕； 党智敏；

【机构】 北京化工大学教育部纳米材料重点实验室北京市新型高分子材料制备及工艺重点实验室；

【摘要】 电活性聚合物是一种智能材料,具有特殊的电性能和机械性能。近几年来,电活性聚合物(EAP)在设计、合成和加工方面都有了很大的进步。本文综述了不同类型电活性聚合物材料的国内外研究现状。按照作用机理的不同,电活性聚合物主要分为两大类:电子型和离子型。其中电子型EAP包括介电EAP、电致伸缩接枝弹性体、电致伸缩纸张、铁电体聚合物和液晶弹性体(LCE)等。对于电子型EAP,在电场作用下库仑力诱导产生电致伸缩效应以及静电、压电和铁电效应,并且这种EAP材料在直流电场作用下可产生诱导位移。同时,在一定的电致伸缩效应时,电子型EAP需要较高的激励电场(>100V/μm),该电场接近材料的击穿电场;离子型EAP是离子迁移或分散作用的结果,包括两个电极和电解液,因此可以在较低电压下(1~2V)产生激励作用,并产生诱导弯曲位移。离子型EAP包括碳纳米管(CNT)、导电聚合物(CP)、电致流变液体(ERF)、离子聚合物凝胶(IPG)和离子聚合物基金属复合材料(IPMC)。这种EAP材料的缺点是需要保持一定的湿润度,而且在直流电场激励下很难保持稳定的诱导位移。电子型EAP和离子型EAP的诱导应变可设计为弯曲、拉伸或压缩应变。任何一种EAP材料都具有相当大的弯曲响应,但是其较低的作用力或者产生诱导扭矩限制了这种材料的应用,有待进一步研究。本文还介绍了电活性聚合物材料的应用领域和发展前景。由于其显著的电致伸缩反应,EAP被应用于驱动器和传感器,而且在仿生领域具有更广阔的应用,例如人工肌肉、仿生手、仿生机器人等。此外,透明度较高的EAP材料可被用于光学设备上。目前,电活性聚合物的应用还处于尝试阶段,但是,其独特的性能决定了这种材料具有不可估量的应用前景。更多还原