丁书江：高介电常数，低弹性模量和优异透明性介电凝胶

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 聚合物电介质作为一种多功能柔性电绝缘体，在电力系统，柔性电子器件和柔性机器人等各种现代技术中得到了广泛应用。介电的软材料具有在电场作用下发生形变的能力，即电驱动响应性，其中，介电弹性体已成为“人工肌肉”的代名词。然而驱动所需的高电压和及材料较差的机械可靠性阻碍了其在实际中的应用。提高介电常数和降低聚合物电介质的弹性模量是降低驱动电压的有效方法。然而，传统的聚合物电介质的相对介电常数偏低，一般小于10。通过将导电颗粒或高介电常数陶瓷填充到聚合物中可以有效增加它们的介电常数，但这些刚性填料也显著的增加了材料的弹性模量并降低了延展性能。

  另一方面，具有光学透射功能的聚合物电介质已经成为新一代柔性显示器、柔性触摸屏面板中具有广大应用前景的新兴材料，开发具有高光学透射性质的聚合电介质已经成为时下的研究热点。

  近日，西安交通大学丁书江教授领衔的研究团队在自然出版集团旗下期刊NPG Asia Materials上发表了题为“Dielectric gels with ultra-high dielectric constant, low elastic modulus and excellent transparency”的论文。西安交通大学卢同庆教授以及深圳大学第一附属医院谭回研究员为共同通讯作者，文章第一作者为西安交通大学理学院博士生石磊。该文章被选为期刊亮点文章（Featured article），在网站首页（Top page）上进行展示。在文章的接收函中,编辑写道“Your paper is considered to be a significant contribution to the field, and we appreciate the opportunity to publish it in this journal”。凝胶是一种含有大量溶剂的三维聚合物网络体系，具有高弹性和透明性的特点。

  本研究提出介电凝胶这一新材料体系，将锂电池电解液中常用的高介电常数溶剂碳酸丙烯酯（PC）以及碳酸乙烯酯（EC）作为凝胶的溶剂，ACMO作为聚合物单体，制备出的介电凝胶实现了：超高的介电常数（30~50），较低的弹性模量（20 KPa~60 KPa）以及优异的透明性（99%，100um）。此外，这种介电凝胶显示出较高的拉伸性（拉伸倍数约10）和较低的机械滞后性。电驱动实验表明，与通用的介电弹性体VHB4905相比，此介电凝胶在相同驱动应变下所需的驱动电压减少了一半。此外，研究人员以介电凝胶为基础，制备出可以通过电压来快速调焦的“人工眼球”。

  该工作成功设计并合成出一种新型的聚合物基介电材料。制备出超高介电常数，低弹性模量和优异透明度三种特性的凝胶材料。并且此凝胶呈现出高拉伸性(拉伸约为10)，低机械滞后的特性。此外作者还通过制造一个简易的生物激发可调透镜展示出此介电凝胶的使用，其焦距可以通过改变所施加的电压来调节。介电凝胶能够为软机器人，传感器，电子设备，光学设备以及仿生学设备提供了广阔的应用前景。

  本研究由国家自然科学基金项目（编号：51773165, 61704096），中央高校基本科研业务费（xjj2015119）和深圳市科技创新委员会(JCYJ 20170817171930009)资助。