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电活性高分子是一类能够在外电场诱导下，通过材料内部构造改变产生多种形式的力学响应的功能材料。由于在超高容量电容器、微电机系统、仿生器件和机器人等领域具有重要的应用价值，近年来，人们对电活性高分子的兴趣与日俱增。随着研究的深入，一个关键的问题在于如何提高电活性高分子材料的介电常数。本文中我们选用改性后的聚氨酯作为基体，将高介电常数的有机半导体和导体填料以不同的比例与之共混制备高分子复合物，由此得到的高介电常数聚氨酯复合材料兼具两个组分的优良性能，是一类性能更好更新的功能材料。
本文研究的主要内容如下：
首先，我们合成一系列高介电常数的填料，包括强极性的有机半导体酞菁铜寡聚物（CuPc，介电常数高达10<6>）和多省醌自由基聚合物（PAQR，介电常数达10<6>）。以及导电高分子聚苯胺（PANI）和聚吡咯（Polypyrrole，PPy）。在这部分工作中，我们首次采用干湿结合的方法合成PAQR，它是对干法的一种有效的改良手段，得到的产物性能与干法PAQR相同，又避免了干法合成过程中由于原料升华而导致的产率过低。其次，我们在线性嵌段聚氨酯的氨酯链段上用NaH双分子亲核取代反应引入丙磺酸基团，合成磺化离聚体（PUI），通过调节高分子基体的极性来寻找与有机强极性介电体相容性较好的材料。由结构表征的结果可知，嵌段聚氨酯本体经过磺酸化改性后，强极性的软段和弱极性的硬段相容性增强，更有利于提高高介电填料在其中分散的均匀性。
另一方面，利用聚氨酯或改性后的磺化聚氨酯材料作基体，高介电有机半导体和导体颗粒为填料，制备高介电常数聚氨酯复合物，并对其介电性能进行测试。这部分工作对于制备实用的高介电常数复合材料具有十分重要的意义：
1．采用强极性高介电常数填料CuPc和PAQR以不同比例与聚氨酯共混形成复合物，并通过物理（超声粉碎、机械粉碎）方法减小填料的尺寸，以增进两相的相容性，得到高介电常数的聚氨酯复合材料。介电测试结果显示，PAQR含量为50wt％复合物的介电常数高达1.4×10<5>，接近PAQR本体的介电常数，而含量比为50/50wt％的PUI/CuPc复合物的介电常数也可达10<4>。与之相比，低极性的含氟聚合物与CuPc复合物的介电常数最高为203。我们的结果表明增加填料在高分子基体中分散的均匀性是提高复合物介电常数最有效手段。
2.同时利用介电逾渗理论进行材料设计，将聚氨酯基体与导电高分子聚苯胺、聚吡咯、碳纳米管（CNT）以溶液浇铸法成膜。测试结果显示在逾渗阈附近复合物的介电常数显著增加，而介电损耗变化不大。以PUI/PANI为例，当PANI的含量为14wt％时，介电常数迅速增加并在15wt％含量左右接近10<4>。而PUI/CNT复合物在某些频率范围（10<3-4>-Hz）具有高介电（10<4>）、低损耗（小于0.25）的突出特点，这正好符合执行器材料使用。
3.我们发现不同填料增强PUI介电常数的方式存在明显的差异：同为强极性的有机半导体，PUI/PAQR复合物的介电常数随填料含量增多而升高，PUI/CuPc则相反，可能的原因是CuPc分子带有大量的离子基团（羧酸根），可以和磺化聚氨酯中的离子基团（磺酸根等）形成较强的静电作用力，因此分散程度和介电增强效应明显。对PUI/导电高分子复合体系，导电填料的形状、与基体的相容程度都会影响复合物的介电响应特征。采用烷基磺酸类掺杂剂制备的导电聚吡咯和高分子基体的亲合能力较强，导电颗粒表面容易被高分子链包裹形成绝缘层，低频的介电损耗大大减小。
4.此外，研究温度的变化对PUI/PAQR介电性能的影响可以发现，随着温度的升高，介电常数增加迅速，不过介电损耗也增加很快。复合物在低温下仍然具有较高的介电常数（零下100℃时为200），介电损耗也较低，可适用于低温要求的场合（如航天及卫星）。