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 電致伸縮聚合物材料可以有效地實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和電能之間的轉(zhuǎn)換。與傳統(tǒng)的壓電陶瓷相比，它們具有加工簡易、響應(yīng)時(shí)間短和機(jī)械形變高等優(yōu)點(diǎn)。因此近年來在驅(qū)動器，傳感器，甚至能量俘獲器等領(lǐng)域備受矚目。但是，目前商業(yè)化的電致伸縮純聚合物材料本身的弱極化特性使得其機(jī)電耦合系數(shù)較低（M∼10−18 m2/V2）。如何在保持以上優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)極大的提高材料的電致伸縮系數(shù)成為了領(lǐng)域內(nèi)的一大挑戰(zhàn)。

據(jù)報(bào)道，法國國家科研中心研究員苑金凱博士開發(fā)了還原氧化石墨烯液晶/聚二甲基矽氧烷（rGO/PDMS）電致伸縮復(fù)合材料。借助于共聚物（PDMS-b-APMS）與氧化石墨烯GO 顆粒之間的靜電作用，共聚物可以將GO 從水相轉(zhuǎn)移到非極性有機(jī)相中，并進(jìn)一步穩(wěn)定GO 在有機(jī)溶劑中的分散。這一GO 有機(jī)溶劑分散液可以直接用于PDMS 復(fù)合材料的制備。在蒸發(fā)溶劑的過程中，GO 自組裝形成液晶局部取向結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)GO 在1 wt%的含量下開始形成液晶結(jié)構(gòu)，但這一含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于滲流閾值5 wt%。石墨烯液晶結(jié)構(gòu)的形成阻止了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成，延遲了逾滲現(xiàn)象，這一競爭對開發(fā)電介質(zhì)復(fù)合材料極為有利。局部有序的石墨烯液晶結(jié)構(gòu)可以形成非常高效的微電容結(jié)構(gòu)將PDMS 基體的介電常數(shù)提高260倍，損耗卻低于0.4。這一工作已經(jīng)發(fā)表于Nat. Commun. 2015, 6, 8700。

事實(shí)上，基于導(dǎo)電粒子近逾滲網(wǎng)絡(luò)的聚合物復(fù)合材料介電常數(shù)在滲流閾值附近陡增，這一敏感材料具有電致伸縮效應(yīng)。但納米粒子的無規(guī)分布導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)測得的復(fù)合材料電致伸縮系數(shù)往往比理論計(jì)算值低很多。到目前為止文獻(xiàn)報(bào)道的電致伸縮系數(shù)最高值僅為~10−15 m2/V2，原因在于缺乏對復(fù)合材料近逾滲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。苑金凱博士等研究人員最近發(fā)現(xiàn)石墨烯液晶/PDMS 復(fù)合材料獨(dú)特的局部取向微結(jié)構(gòu)使其介電常數(shù)對材料的形變非常敏感，表現(xiàn)出巨電致伸縮系數(shù) M ∼ 10−14 m2/V2。這一工作于近期發(fā)表于ACS Nano 2018。