介电弹性体

摘要： 以液体硅橡胶DC 186为基体,通过控制交联体系的用量制备了不同的硅橡胶薄膜材料,研究了交联程度对硅橡胶材料力学性能影响,研究了预拉伸程度和持续时间对硅橡胶材料介电性能的影响。结果表明,交联程度的增加会降低硅橡胶分子链运动中的能量损耗;由于预拉伸使得分子链上的极性基团活性降低,发生取向极化的概率减小,因此预拉伸程度越高、预拉伸持续时间越长,硅橡胶材料的介电常数越小,低频下的介电损耗越大。

摘要： 丙烯酸弹性体VHB 4910作为一种重要的介电弹性体,在软体机器人、致动器、俘能器和智能隔振器等领域有很好的应用前景.但材料的非线性黏弹性对其力学行为有显著影响.近来分数阶模型在复杂材料的建模中取得了成功.本文基于分数阶有限变形Kelvin-Voigt流变学模型建立弹性体的三维张量本构,并进一步推导单向拉伸情况下的本构关系.随后对VHB 4910完成一系列不同拉伸速率下的单向拉伸实验.基于本构方程的可加性,首先分别利用Neo-Hookean, Mooney-Rivlin和Gent模型完成超弹性弹簧单元的参数识别,随后完成可变阶数和固定阶数的分数阶模型的参数识别,以探究弹性体材料分数阶本构关系的率相关性.结果发现:Mooney-Rivlin模型弹簧模型的拟合精度最高;两种拟合方式的分数阶模型均可以很好地模拟黏弹性弹性体的率相关黏弹性行为;固定分数阶的阶数对模型拟合结果影响不大;分数阶元件的黏性系数与伸长速率呈明显的非线性关系,表明其具有非牛顿流体特性,在此基础上,发展一种修正的幂律定律来定量描述这种非线性关系,该模型较Cross流体模型有更高的拟合精度.

摘要： 介电弹性体是一种新型的柔性智能材料,与风能、水能、潮汐能相结合,可以用来收集电能量。为了研究影响圆环薄膜型介电弹性体换能器发电量的因素,首先在恒电荷工作方式下,通过对圆环薄膜型介电弹性体换能器的数学模型进行分析,在不考虑内部损耗的情况下,确定了介电弹性体换能器发电量影响因素,然后做初步试验确定各因素对发电量影响的规律。最后通过IBM SPSS Statistics 25软件设计正交试验来确定介电弹性体换能器发电量影响因素的主次顺序。研究结果表明:介电弹性体换能器发电量影响因素的主次顺序分别为固定介电弹性体薄膜的内框半径和外框内半径长度的比例、偏置电压、柔性电极材料、拉伸位移。

摘要： 为实现机器人的小型化并增强其环境适应性,基于青蛙推进方式和软体材料的优势,设计出一种以介电弹性体为执行器的蛙型仿生软体机器人。根据材料拉伸特性,确定制作工艺并对执行器进行有限元仿真;对机器人进行腿部运动轨迹规划和真实水下试验;结合游泳时的各种运动参数,构建推进效率模型,确定最优的效率运动参数。试验结果表明:该机器人在频率2 Hz、电压5 kV供电时,最大游泳速度高达132 mm/s;与两栖动物的无因次模型参数对比发现,软体机器人的运动特性接近真实生物,具有良好的运动能力。

摘要： 针对航空航天等领域轻质结构的隔振问题,考虑到隔振性能和可靠性的要求,设计了一种介电弹性体半主动隔振平台,并结合自由能理论建立了该隔振系统的机电耦合动力学参激振动微分方程。将介电弹性体材料力电耦合模拟材料子程序(UMAT)嵌入Abaqus非线性有限元分析软件,进行多物理场耦合仿真分析,分析介电弹性体半主动隔振系统共振频率、模态振型与频响函数,从而得到其隔振特性与适用范围。

摘要： 针对介电弹性体材料的现状、特点、应用、发展趋势及存在问题与解决方向进行分析,介绍了介电弹性体材料目前的研究成果、具有的优点、未来发展的前景,以及该材料在仿生学、医学、光学、微系统、航天航空等领域的应用情况。通过研究可知,介电弹性体材料虽然具有变形量大、高能量密度、高转化效率等优点,但该材料在应用过程中还存在一些技术问题有待解决,针对这些问题提出了相应的建议及未来发展思路,以改善其高能耗、高功率、低效率的不足,使该材料能够在工业生产、能量收集以及更多方面得到更加广泛的应用。

摘要： 单个介电弹性体收集的能量少、能量收集、输出效率低,根据这些问题设计一个能量回收装置,以改善这两个问题。该文设计了一个收集风能的介电弹性体材料能量回收装置,该装置运用曲柄转动导杆机构,转换旋转运动为往复运动,该装置独特之处在于执行机构的回程比向前冲程更快,该机构也被称为急回机构。执行机构两端放置两块介电弹性体,以增加介电弹性体能量的收集,利用该装置执行机构的回程比向前冲程更快,以提高介电弹性体的能量输出效率。

摘要： 美国科学家开发了一种新的材料和工艺,用于制造比生物肌肉更强壮、更灵活的人造肌肉。研究成果发表在《科学》杂志上。加州大学洛杉矶分校(UCLA)工程学院研究人员称,创建人造肌肉来完成工作并检测力和触觉,一直是科学和工程界的巨大挑战之一。在制造人造肌肉方面,虽然许多材料都很有竞争力,但具有高弹性的轻质介电弹性体(DE)因其柔韧性极佳而备受关注。大多数DE由丙烯酸或硅树脂制成,但这两种材料都有缺点。传统的丙烯酸DE可实现高驱动应变,但需要预拉伸且缺乏灵活性;有机硅更容易制造,但它们不能承受高应力。

摘要： 通过导电炭黑与多壁碳纳米管(MWCNT)并用制备丙烯酸酯橡胶(ACM)柔性电极材料,研究导电炭黑和MWCNT在ACM基体中的分散性及其并用比对柔性电极材料硫化特性、物理性能和导电性能的影响,并分析柔性电极材料与介电弹性体(DE)基体的粘合性能。结果表明:导电炭黑和MWCNT在ACM基体中具有良好的分散性;添加导电炭黑/MWCNT并用体系的ACM柔性电极材料的拉断伸长率远大于200%,满足DE发电机对于大形变的要求,且与仅添加导电炭黑的柔性电极材料相比,其硬度和弹性模量减小,柔韧性提高;随着MWCNT用量的增大,柔性电极材料的导电通路逐渐完善,导电性能提高;导电炭黑/MWCNT并用比为10/10的ACM柔性电极材料与ACM基DE基体共硫化后,两者的粘合强度达到5 N·mm^(-1),且粘合稳定性较好。

摘要： 针对介电弹性体(DE)非线性、可逆性变形、拉伸模式和预拉伸率对电致变形影响复杂等方面的问题,对介电弹性体的机电耦合性能进行试验探究和数值模拟。首先对DE薄膜进行单轴拉伸试验,根据其应力⁃应变曲线,运用Matlab软件进行模型数据拟合,选定超弹性模型获得模型参数;然后基于DE电致变形的工作原理,推导其机电耦合本构方程,在不同拉伸模式和拉伸率下进行电致变形的数值仿真,分析讨论了材料拉伸模式和预拉伸率与电致变形的关系;最后进行DE薄膜稳定性分析,并绘制了材料的安全许用区域。结果表明,预拉伸可以显著降低驱动电压,提高电致变形面积,等双轴预拉伸薄膜的变形效果最好,同时在λ=4时薄膜对应驱动电压有最小值,为驱动器的设计提供了理论基础。

摘要： 由于磁共振成像(MRI)设备中的磁场强度高,传统的电磁驱动机械手无法与MRI设备兼容作业;介电弹性体采用静电场驱动,与MRI设备可以兼容,因此本项目研究了介电弹性体驱动的机械手,以期实现与MRI能够共存的相关作业.

摘要： 介电弹性体(DE,Dieleetric Elastomer)是一种电活性聚合物(EAPs,),一种新型的智能材料,由于其在电场作用下的力学响应具有与动物肌肉极为相似的特征,也称之为人工肌肉.介电弹性体是电活性聚合物中应用最广泛的一种,不仅可以当作驱动器材料利用电压的变化把电能转换成机械能,还可以利用自身的变形将机械能转换为电能.文中对介电弹性体在涡激振动(VIV,Vortex-induced Vibrations)潮流能转换中的发电原理进行研究.介绍涡激振动的机理、介电弹性体发电单元的设计和对介电弹性体物理性能和电学模型的分析研究.

摘要： 为发展介电弹性体的高电致形变性能,不少科研工作者采取了许多改进方法,但是效果仍然不理想。详细阐述了目前为发展高电致形变介电弹性体存在的问题,并通过具体试验研究指出介电弹性体今后发展的方向。

摘要： 论述了介电弹性体智能材料的特点及研究现状.根据介电弹性体智能材料电学特性,研究和设计了一种新型的介电弹性体引信物理电源原理样机,建立了该引信物理电源等效电学模型并对该物理电源工作过程进行了理论分析和试验验证,试验表明:9倍面积预拉伸的介电弹性体发电机构在拉伸到20mm位移、初始施加电压2000V时,转换后的电能达到14.8mJ、电压升高到3380V.并对电能增加的影响因素进行了分析,得出电能增加与初始施加电压和拉伸前后电容比值有关.原理样机试验结果验证了介电弹性体智能材料作为引信物理电源的可行性,为介电弹性体智能材料在引信物理电源中的应用提供了参考.

摘要： 根据介电弹性体摆动驱动器的工作原理,设计了摆动驱动器.通过对比试验得到性能较佳的摆动驱动器,该摆动驱动器的研究可为仿生机器人的驱动实现提供一种可能的解决方案.

摘要： 介电弹性体(Dielectric elastomers,DE)是制造智能主动驱动器最有潜力的电致活性聚合物材料,也 称电致活性聚合物人工肌肉(Electroactive polymer muscle,EPAM).它在外加电场下能够产生较大的应变及 作用力,具有超大变形（380％）、高弹性能密度（3.4J/g）、超短反应时间、高疲劳寿命、易于加工、易于 成形、高效率、轻质量、低价格、高循环次数等优良特性.在介电弹性体两个相对表面均匀涂覆柔性电极,施加电压后,由于静电力作用,介电弹性体薄膜将产生厚度方向变薄而平面方向变大.厚度的变薄将导致 施加在介电弹性体的电场变高,此正反馈过程一直持续下去,当电场达到或超过介电弹性体的临界击穿电 场时,薄膜被击穿,介电弹性体机电耦合系统失稳.本文应用两个材料常数的Mooney-Rivlin 弹性应变能 函数研究介电弹性体的本构关系和机电稳定性,给出名义电场和名义电位移的关系及介电弹性体的稳定性 区域.数值结果帮助我们深入理解介电弹性体机电稳定性行为和设计制造介电弹性体驱动器.

摘要： 介电弹性体丙烯酸材料是一种薄膜状的电致活性聚合物智能材料，在外加高电场诱导下它能够产生较大的变形。用介电弹性体丙烯酸材料制造的驱动器具有变形量大、驱动力大、响应速度快、可塑性好、弹性能密度高、效率高、疲劳寿命高等优点件。在介电弹性体丙烯酸材料薄膜两个相对表面覆盖上柔性电极，施加电压时，由于静电力作用，上下两个表面电极上的异性电荷相互吸引而每个电极上的同性电荷相互排斥使弹性体薄膜厚度减小而面积扩大，能够产生较大的垂直于电压方向的面积应变。本文给出利用介电弹性体丙烯酸材料和柔性弹簧制造卷形线形驱动器的具体制造方法，对制造出的驱动器进行电致变形实验和性能测试，得到驱动器的基本性能。本文研究了丙烯酸材料预应变不同对驱动器的性能的影响。

摘要： 介电弹性体是制造主动驱动器最有潜力的电致活性聚合物材料。它具有超大变形、高弹性能密度、高效率、超短反应时间、高疲劳寿命等特点。rn 丙烯酸和硅橡胶是常见的介电弹性体材料。本文分别对丙烯酸和硅橡胶介电弹性体薄膜驱动器的基本性能研究，得出薄膜驱动器的性能参数，并分析预应变、薄膜质量、电极等因素对驱动器性能的影响，给出了制造优异性能薄膜驱动器的方法。

摘要： 蠕动驱动器在生物医疗、空间技术、微流体设备和机器人等众多领域有着不可替代的作用.其中由涂有柔性电极的介电弹性体(Dielectric Elastomer)制造的新型线性蠕动驱动器备受关注.基于非线性弹性大变形理论,采用Arruda-Boyce 应变能模型,本文分析了蠕动泵中的DE 管状驱动器在静态时的大变形力电耦合特性,讨论了轴向预拉伸对驱动变形量的影响,预测了由介电弹性体击穿电压限制的驱动器的最大驱动变形量.本文的研究扩展了以往基于线弹性变形理论的相关研究,有益于深入理解这种新型驱动器在大变形下的机电耦合行为.

摘要： 本文介绍了一种以智能材料即电致动聚合物驱动的,以SU-8为基体的极具应用潜力的新型无阀微泵.一方面介绍了以电场型电致动聚合物——介电弹性体(Dielectric Elastomer,DE)为驱动材料时的电致动性能及在交流电压和直流脉动电压驱动下,分别研究了该材料对不同电压波形、幅值和频率的位移响应情况,并通过实验研究了以上各因素对DE致动器致动位移的影响以及材料的预拉伸倍数对其驱动性能的影响;另一方面介绍了基于DE驱动的、以生物兼容性材料SU-8为基体的无阀微泵的结构、制作及性能.提出一种以DE驱动的平面扩散/收缩管无阀微泵,用UV-LIGA工艺制作了无阀微泵的腔体,通过封装制作成无阀微泵.最后对无阀微泵的流动性能进行测试,得到了泵膜振幅、频率以及流量之间的关系.当驱动电压为正弦直流脉动电压,其幅值为3500V、频率为8Hz时,无阀微泵的流量达到最大,为21.2μL/min.

摘要： 本发明提供在从低温到高温的广阔温度范围内，显示出高比介电常数，且具有低介电损耗角正切的高介电性弹性体组合物及使用该组合物形成的电介体天线。介电体天线具有高介电性弹性体组合物的成型体和设置于该成型体上的电极，所述高介电性弹性体组合物是在弹性体中配入高介电性陶瓷粉末而形成的，上述高介电性陶瓷粉末在-40°C～100°C的范围内的以25°C为基准的比介电常数的温度系数α(单位：1/°C)为(-2000～100)×10-6，该高介电性弹性体组合物的比介电常数为7以上，介电损耗角正切为0.01以下，上述高介电性陶瓷粉末是钛酸钡·钕类陶瓷粉末，上述电极通过粘接镀镍处理或镀银处理的铜箔、或使用导电糊通过丝网印刷而形成。

摘要： 本发明公开了一种介电弹性体复合材料、介电弹性体预聚物、制备方法和应用。所述介电弹性体预聚物的制备方法包括如下步骤：将原料组合物的各组分混合均匀，即可；所述原料组合物包括如下质量百分比含量的组分：60～75％的双官能度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、15～25％的活性稀释剂、4～6％的增韧剂、5～15％的交联剂和0.1～0.2％的光引发剂。所述介电弹性体复合材料由所述介电弹性体预聚物经光固化得到。本发明介电弹性体复合材料在无需预拉伸的情况下即拥有高能量密度的变形输出，大大提升介电弹性体这一智能材料的应用潜能，拓宽其应用边界，尤其适合于高柔性的驱动器构建。

摘要： 本发明涉及介电弹性体领域，具体而言，提供了一种介电弹性体前驱液及其制备方法和应用、介电弹性体复合材料、柔性器件、发光器件。所述介电弹性体前驱液包括弹性体基体、离子液体和溶剂，离子液体和溶剂的体积分数为5％‑45％。该介电弹性体前驱液具有导电率高、透明度高和流动性好的优点，有利于制备具有高介电常数、低弹性模量和高光学透明性的介电弹性体复合材料，很好地解决了介电弹性体中高介电常数与低弹性模量和高光学透明性不能兼顾的问题。

摘要： 本发明涉及一种提供获得与介电弹性体（DE）的状态相关的反馈参数的方法。该方法包括将小规模振荡引入到DE的电极之间的电压差中，监测或重复测量DE的几个可测量电气特性，从测量结果推导其他相关的数据，当被定义为正交轴时，通过该相关数据推导最佳拟合平面的方程，以及从该平面方程的系数推导反馈参数。因此，本方法提供关于DE的电容、泄漏电流和/或电极电阻的重要反馈。还公开了适于执行本方法的计算机程序和系统。

摘要： 本发明提供了一种介电弹性体换能器(A1)，其具有介电弹性体层(11)和夹着介电弹性体层(11)的一对电极层(12)，电极层(12)包含来自碳纳米管的粉碎碳颗粒。通过这样的结构，能够同时提高伸缩性和导电性。

摘要： 本发明提供一种介电弹性体驱动系统(A1)，具有：介电弹性体驱动部(1)，其具有介电弹性体层(11)和夹着介电弹性体层(11)的一对电极层(12)；电源部(5)，其向介电弹性体驱动部(1)施加电压；以及电荷去除部(2)，其去除存储在弹性体驱动部(1)的电荷。通过这样的结构能够提高响应性能。

摘要： 本发明涉及介电弹性体领域，具体而言，提供了一种介电弹性体前驱液及其制备方法和应用、介电弹性体复合材料、柔性器件、发光器件。所述介电弹性体前驱液包括弹性体基体、离子液体和溶剂，离子液体和溶剂的体积分数为5％‑45％。该介电弹性体前驱液具有导电率高、透明度高和流动性好的优点，有利于制备具有高介电常数、低弹性模量和高光学透明性的介电弹性体复合材料，很好地解决了介电弹性体中高介电常数与低弹性模量和高光学透明性不能兼顾的问题。

摘要： 介电弹性体换能器具有介电弹性体功能构件，所述介电弹性体功能构件具有介电弹性体层和将该介电弹性体层夹在中间的一对电极层，所述介电弹性体换能器还具有支撑所述介电弹性体功能构件的支撑体。所述各电极层具有1个以上的施加区域。所述介电弹性体功能构件具有一对所述电极层的所述施加区域重叠的1个以上的功能部。所述功能部与所述支撑体分离。通过这样的结构，能够避免电极层的损伤，并且能够得到充分的伸长量。

摘要： 本发明公开了一种介电弹性体复合材料、介电弹性体预聚物、制备方法和应用。所述介电弹性体预聚物的制备方法包括如下步骤：将原料组合物的各组分混合均匀，即可；所述原料组合物包括如下质量百分比含量的组分：60～75％的双官能度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、15～25％的活性稀释剂、4～6％的增韧剂、5～15％的交联剂和0.1～0.2％的光引发剂。所述介电弹性体复合材料由所述介电弹性体预聚物经光固化得到。本发明介电弹性体复合材料在无需预拉伸的情况下即拥有高能量密度的变形输出，大大提升介电弹性体这一智能材料的应用潜能，拓宽其应用边界，尤其适合于高柔性的驱动器构建。

摘要： 本发明提供了一种基于磁流变弹性体的变刚度介电弹性体驱动器，包括最小能量结构的介电弹性体驱动器，磁流变弹性体薄膜以及柔性电极。所述磁流变弹性体薄膜，无外加磁场时，该膜刚度较小，一旦处于外部磁场作用下，刚度增大10倍以上，从而使得介电弹性体驱动器的刚度发生改变。所述介电弹性体驱动器为长条状多层最小能量结构，自上而下包括：亚克力框架、第一柔性电极层、电活性聚合物层、第二柔性电极层和磁流变弹性体薄膜。本发明结构简单，制作方便，重量轻，在磁场作用下能快速改变驱动器的刚度，从而具有很强的负载能力，可以用于工业机械手，卫星抓取或太空垃圾回收等领域。