介电弹性材料驱动器的力电耦合机理及稳定性研究_李博
纯剪切模式介电弹性体发电机发电特性
纯剪切模式介电弹性体发电机发电特性鄂世举;金建华;曹建波;蔡建程;夏文俊【摘要】为研究介电弹性体发电机的发电特性,基于COMSOL有限元软件建立了在纯剪切拉伸方式下的介电弹性体发电机有限元仿真机电耦合模型.该模型基于Y eo h超弹性材料本构,同时耦合发电机膜内静电力,根据可变电容理论对发电机电容变化及发电效果进行研究.设计了可Y向预拉伸的纯剪切拉伸装置,并在不同预拉伸条件下对发电机薄膜样本进行了拉伸实验,分析了其电容变化及发电效果.对比了仿真数据与实验结果,仿真模型的电容变化与实验测得的电容变化情况基本吻合,仿真模型一个周期内的输出电压变化与实验测得的电压变化基本吻合.实验及仿真结果表明,在相同的拉伸条件下,Y向预拉伸增大了初始电容及电容变化速率,且当Y向预拉伸λ=1时的上升电压为83 V,而λ=2时的上升电压达到252 V,改善了发电性能.本文提出的介电弹性体发电机新的研究方法为发电机样机设计提供了新的思路.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2018(026)007【总页数】11页(P1708-1718)【关键词】有限元建模;纯剪切;Y向预拉伸;机电特性【作者】鄂世举;金建华;曹建波;蔡建程;夏文俊【作者单位】浙江师范大学工学院 ,浙江金华321004;浙江师范大学工学院 ,浙江金华321004;浙江师范大学工学院 ,浙江金华321004;浙江师范大学工学院 ,浙江金华321004;浙江师范大学工学院 ,浙江金华321004【正文语种】中文【中图分类】TP394.1;TH691.91 引言电活性聚合物(Electroactive Polymer， EAP)是一种新型的功能性材料，可广泛应用于驱动器、传感器和发电领域[1-4]。
介电弹性体(Dielectric Elastomer，DE)是EAP材料中最具代表性的一类，包括聚丙烯酸酯、硅橡胶及天然橡胶等，具有变形大、质量轻、能量密度高及柔顺性好等特点。
压电材料的研究和应用现状
压电材料的研究和应用现状一、概述压电材料是一类具有压电效应的特殊功能材料，它们能够将机械能转化为电能，或者将电能转化为机械能。
自1880年居里兄弟发现压电效应以来，压电材料在科学研究和工业应用中就占据了重要地位。
随着科技的飞速发展，压电材料的研究和应用已经深入到众多领域，如传感器、换能器、振动控制、声波探测、生物医学等。
在压电材料的研究方面，科研人员一直致力于探索新型压电材料，优化其性能，拓宽其应用范围。
目前，压电材料的研究重点主要集中在压电陶瓷、压电聚合物、压电复合材料等领域。
这些新型压电材料在压电常数、介电常数、机械品质因数等关键指标上不断取得突破，为压电材料的应用提供了更多可能性。
在应用方面，压电材料在传感器和换能器领域的应用尤为广泛。
例如，压电传感器可用于检测压力、加速度、振动等物理量，广泛应用于工业自动化、航空航天、环境监测等领域。
压电换能器则可用于声波的发射和接收，广泛应用于声呐、超声检测、通信等领域。
压电材料在振动控制、声波探测、生物医学等领域也展现出广阔的应用前景。
压电材料作为一种重要的功能材料，在科学研究和工业应用中发挥着不可替代的作用。
随着科学技术的不断进步，压电材料的研究和应用必将迎来更加广阔的天地。
1. 压电材料的定义与特性压电材料是一种特殊的功能材料，具有将机械能转化为电能或将电能转化为机械能的能力。
这类材料在受到外力作用时，其内部正负电荷中心会发生相对位移，从而产生电势差，这种现象称为“压电效应”。
反之，当压电材料置于电场中时，材料会发生形变，这种现象称为“逆压电效应”。
压电材料的这种特性使得它们在许多领域都有广泛的应用，如传感器、换能器、振动控制等。
压电材料的特性主要包括压电常数、介电常数、机械品质因数等。
压电常数反映了材料的压电效应强弱，是衡量压电材料性能的重要指标。
介电常数则描述了材料在电场作用下的电荷存储能力。
机械品质因数则反映了材料在振动过程中的能量损耗情况。
介电弹性体材料致动器的非线性动态行为研究
度范 围宽 和频 率范 围广 （ ０ ． １—２ ０ Ｋ Ｈ ｚ ） ． Ｄ Ｅ致 动器 指 的是在 Ｄ Ｅ材 料 上 下 表 面 涂 有 柔 性 电极 的三 明
治结 构 ， 在 电极 上 施 加 电 压 后 ， Ｄ Ｅ材 料 上 产 生 的 Ｍａ ｘ ｗ ｅ ｌ ｌ 电场力 和 电致伸缩 电应 力 的共 同作 用 挤压 材料 ， 结果 使其 面积 增大 ， 厚度 减小 ， 并 逐渐 成 为近 几年 国内外 的 研 究 热点 之 一 ＿ ２ ＿ ４ Ｊ ． 近年来 ， 研 究 学
宏观变形等特性也必然受到阻尼 的影响． 借 助热力学 自由能理论 ， 考虑 Ｄ Ｅ材料致动器面 内动态变形过程 中
的惯性力和阻尼力 ， 构建平 面 Ｄ Ｅ材料致动器 的非线性 动力 学模 型． 研究 了交变 电载荷下 Ｄ Ｅ系统 的非线性 动态特性 ， 包括其 幅频 曲线 、 位移响应和相平 面 图． 研究 表 明， 存在 阻尼 的时候 ， Ｄ Ｅ系统 的振 动会 随着 时间 的增加 出现锁频现象 ， 最 后变成一种具有恒定振幅 的振 动． 相平 面图和 Ｐ ｏ ｉ ｎ ｃ ａ ｒ ６映射 图研 究表 明， 考虑 阻尼
７ １ ０ ０ ４ ９ ）
摘要
介 电弹性 体材料 （ Ｄ ｉ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｅ ｌ ａ ｓ ｔ ｏ ｍ ｅ ｒ ， 简称 Ｄ Ｅ） ， 是制造 柔性智 能致动器 最有潜 力的 电活 性聚合物
（ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｐ ｏ ｌ ｙ ｍ ｅ ｒ ， 缩写 Ｅ Ａ Ｐ ） 材料之一 ， 可在 电压驱 动下产 生大幅度 的厚度 与面积变形 ， 最 大面积应 变 高达 １ ６ ０ ０ ％． 由于 Ｄ Ｅ材料 的固有阻尼特性 ， 从 而使其变形具有 时间依赖性 ， 因此动态 变形 中， 其 能量转换 、
介电弹性体驱动单元的动态特性分析
介电弹性体驱动单元的动态特性分析赵政弘;帅长庚;张世轲【摘要】In order to analyze the dynamic behavior of the actuating unit of dielectric elastomer (DE) under different electric voltage,a second-order ordinary differential motion equation was derived based on thermodynamics and Ogden strain energy function considering the influence of material nonlinearity,dielectric variation and inertial effects.Besides,the dynamic response of the actuating unit was obtained,and the influence of geometry was investigated as well.The results indicate that the dynamic response amplitude of DE actuating unit is determined by the electric field.When increasing the static electric strength,the amplitude increases while the frequency decreases.And when increasing the frequency of harmonic electric strength,the actuating unit shows a resonate effect and the resonant frequency decreases with the increase of harmonic electric strength.%针对不同电压载荷情况下介电弹性体驱动单元的动态特性,考虑材料非线性、介电常数变化和惯性效应等因素的影响,从热力学能量转化的角度得到了基于Ogden应变能函数的介电弹性体驱动单元的二阶常微分运动方程,并分析了系统的动态响应及模型几何尺寸的影响.结果表明:介电弹性体驱动单元动态响应的振幅由电场强度决定.在恒定场强下,随着电场强度幅值的增大,驱动单元的振幅将随之增大、振动频率将随之减小;在简谐场强下,随着电场强度频率的增大,驱动单元将发生共振,且共振频率将随电场强度的增大而减小.【期刊名称】《材料科学与工程学报》【年(卷),期】2018(036)001【总页数】4页(P31-34)【关键词】介电弹性体;驱动单元;动态特性;数值模拟【作者】赵政弘;帅长庚;张世轲【作者单位】海军工程大学振动与噪声研究所,船舶振动噪声重点实验室,湖北武汉430033;海军工程大学振动与噪声研究所,船舶振动噪声重点实验室,湖北武汉430033;海军工程大学振动与噪声研究所,船舶振动噪声重点实验室,湖北武汉430033【正文语种】中文【中图分类】TB3811 引言介电弹性体(DE)是指在外加电场载荷激励下能够产生较大变形的电活性聚合物(EAP)材料，是一种具有巨大发展潜力的新型智能材料。
介电弹性体发电实验研究
图３ 实验测试电路原理图 ４实验及 结果分 析 ． 介电弹性体材料 的发 电利 用了可变电容原理 ，当外力作用在具有 预加 电场的介电弹性体材料上使其 变形时 ， 改变 电容 即可发电 ， 因此 弹 性体材料面积的改变将对发 电量产生影响 。图 ４为在其 他条件相 同的 前提下 ， 电极覆盖弹性体材料面积分别 为 １ ｅ ２ ５ｍ ，５ｍ 时 的实验 ５ｒ ， ｃ ｃ ａ ２ ３ 结果 。在 实验中 ， 泄放电阻 为 ２ 偏置 电压 为 １０ Ｖ 材料 拉伸后 为原 Ｇ， ００ ， 始材料长度 的 ３ ， 倍 通过实验得 出 ： ） （ 材料 面积为 １ｃ ， 出电压 ａ ５ｍ 时 输 高于偏置 电压 ８ Ｖ （ ） ０ ；ｂ 材料面积为 ２ ｃ ２ 输 出电压高 于偏 置电压约 ５ ｍ 时， 为 １０ ； ） ３ Ｖ （ 材料面积为 ３ｃ ２ ， ｃ ５ ｍ 时 输出电压高于偏置电压约 为２ ５ 。由 ２Ｖ 实验数据可知 ， 当拉伸量一定 时， 出电荷 电压 与材料 面积成 正比。 输
研 究。
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科技信息
博 士 ・ 家论 坛 专
住宅在建筑之前找过 风水 师看过风水 ， 住宅及 院落的主体位置 、 与 周 围关系 、 动土 时间等 的确定都是根据风水先生的要求 房屋建成之后 也请 风水先 生过 目， 并做相应 的法事。在“ 进屋 ” 前按 照习俗摆酒设宴 。 南北两 面墙 正对房 屋门 口的位 置 ， 墙高逐渐升高 ， 风水上有“ 在 挡煞 ” 的 寓 意。 ４、 应对海南气候条件的住宅特征分析 ４１海南 台风概 况 ． 由于海南岛地理位置的特殊性 ， 平均 每年 至少都会遇见一 次台风 ， 素来有 “ 台风走廊 ” 称 。据 １ ５ ～ ０ ３ 气象 资料统 计 ， 之 ９ ０ ２０ 年 海南 岛 自 １５ ９０年以来共发生有危害 的台风 ８ ４次 ， 平均每年 １ ８次 ； ． ５ 多年平均影 响海南的台风有 ７７次 ， ． 年均登 陆 ２ ． ６次。大部分 台风都是 从海南岛的
4-3 铁电材料与器件
用于FRAM的铁电薄膜应满足以下要求。（1）合 理的剩余极化强度，大约在5μC·cm-2左右，保证反转极 化时能出现足够多的电荷；（2）电滞回线矩形性好且 矫顽场较低，保证不发生误写误读，且工作电压低到与 半导体集成电路相容；（3）开关速度快，要在纳秒级 别；（4）疲劳特性好，在1015次极化反转后仍无明显的 疲劳；（5）加工工艺性和稳定性要好，易于集成到 CMOS工艺中去；（6）不容易退极化，数据保持能力 和持久能力要好。
4.3.2 铁电材料 有重要实用价值的铁电材料主要有以下几种类型，钙
钛矿型、铌酸锂型、钨青铜型、铋层状型、氢键型以及含 甘氨酸的铁电体。 （1）钙钛矿结构铁电陶瓷
钙钛矿结构的钛酸钡晶体结构
钙钛矿结构是由钛酸钙（CaTiO3）得名的，其通式为 ABO3，有A2+B4+O3和A1+B5+O3两种。BO6形成氧八面体， O在顶角，B在八面体的中心，B离子偏离氧八面体中心 相对位移产生自发极化，每个O都是两个氧八面体的顶角， 因此，钙钛矿结构可以看成是许多氧八面体BO6共点连接 而成，八面体之间配位数为12的位置则由A离子占据。理 想钙钛矿结构中离子半径之间存在如关系：
去除电压 源极
金属电极 删极
铁电层 漏极
对某个单元施加正或负电压，当电压达到矫顽电压时， 极化即被反转，完成写入操作，当移去电场后，电极化状态 仍然保持，因此可以检测极化电荷对数据进行读取。由于铁 电薄膜畴的翻转需要电压不高，所以不需要高压来写入擦出 数据，而且写入速度快不会导致擦写延迟，在掉电后也能够 保留数据，所以也是一种兼具动态随机存储器RAM和静态存 储器ROM性能的非易失存储器。铁电存储器具有功耗小、读 写速度快、抗辐照能力强的优点，在需要快速存储和低功耗 的仪表、汽车电子系统、通讯、消费电子产品、计算机、医 疗设备以及在军用宇航需要抗辐照性能的场合有很多应用。
新型电致活化材料—介电弹性体的驱动特性研究
新型电致活化材料—介电弹性体的驱动特性研究欧阳杰;胡意立【摘要】In order to solve the problems of shortage in new technology area, such as actuator, artificial muscle,bio-robot etc. , the electroac-tive polymeric materials -electric-acrylic elastomer was investigated. The analysis of the driver characteristics of dielectric elastomer was done. Through experiments, the main factors of affecting E-ACE material active zone (electrode coating regional) area strain were researched. The relationships between active zone area strain and these influencing factors were found out . Thereby appropriate conditions which can get required active zone area strain were determined according to relationships between them. The results show that: whether uniaxial pre-stretching or the uniform and non-uniform biaxial pre-stretching, the general trend of the effects of the active zone area strain are increased first and then decreased with the amount of stretching increases. The active zone area strain is increased with increasing applied voltage, reduced with the active zone and the window radius ratio increasing. By analyzing the experimental results, it shows that search for suitable conditions on the active zone to generate the required area strain is very important.%为解决微型致动器、人造肌肉、仿生机器人等新型科技研究领域短缺问题,将电活性聚合物材料—介电弹性体应用于新型驱动器研究中,开展了对弹性体材料驱动特性的相关分析.通过实验研究了影响E-ACE材料激活区(电极涂层区域)面积应变的主要因素,以寻找激活区面积应变和这些影响因素之间的关系,进而根据它们之间的关系确定能获得所需激活区面积应变的合适条件.实验结果显示:不论单轴预拉伸还是双轴的均匀与非均匀预拉伸,对激活区面积应变影响的总趋势都是随着拉伸量的增大先增大后减小.而激活区面积应变随着外加电压的增加而增大,随着激活区与窗口半径比的增大而减小.通过分析实验结果发现,寻找合适的条件对激活区产生所需的面积应变很重要.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2011(028)010【总页数】4页(P1203-1205,1221)【关键词】介电弹性体;电活性聚合物材料;驱动器;实验研究【作者】欧阳杰;胡意立【作者单位】浙江师范大学工学院,浙江金华321004;浙江师范大学工学院,浙江金华321004【正文语种】中文【中图分类】TH14电活性聚合物的种类包括:导电橡胶、离子交换膜金属复合材料、凝胶体、纳米管及介电弹性体等。
介电型电活性聚合物圆柱形驱动器的驱动效率
介电型电活性聚合物圆柱形驱动器的驱动效率罗华安;王化明;朱银龙;左方睿;汪洋【摘要】研究了介电型电活性聚合物(DEAP)驱动器的机电能量转换机理、能量损耗和驱动效率.建立了驱动器机电能量转换模型,并通过试验测算了驱动器等效电路的模型参数,分析了电极材料等因素对DEAP相对介电常数的影响.深入研究了驱动器漏电流损耗,试验验证了漏电流对驱动器性能的影响.最后,设计了驱动器驱动试验台,完成了不同行程的准静态驱动试验,数值计算了驱动器的驱动效率.结果表明:由于等效电路电容未参与能量转换,驱动器机电转换效率分别为17.6％和25.6％.低电压、小行程驱动时,试验误差与理论分析误差不超过15％;而高电压、大行程驱动时,DEAP膜的漏电流等非线性因素使其驱动效率变化明显.该结果可为DEAP圆柱形驱动器的优化设计及合理使用提供指导.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2016(024)008【总页数】11页(P1980-1990)【关键词】介电型电活性聚合物;圆柱形驱动器;机电能量转换;驱动效率;漏电流【作者】罗华安;王化明;朱银龙;左方睿;汪洋【作者单位】南京信息职业技术学院机电学院,江苏南京210023;南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016;南京林业大学机械电子工程学院,江苏南京210037;南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016;南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016【正文语种】中文【中图分类】TH703.6;TP24介电型电活性聚合物(Dielectric Electroactive Polymer,DEAP)材料受电压激励产生变形，具有变形大、运动平滑、零噪声、能量密度高、响应速度较快等优点，在能量收集及新型传感器、驱动器应用研究方面得到广泛关注[1-4]。
利用DEAP材料制作的驱动器在微型仿生机器人、康复训练、软体机器等领域具有潜在应用前景[5-9]，其中圆柱形驱动器结构简单，可输出较大的位移和力，成为科研人员的重点研究对象之一[7-9]。
介电弹性体驱动器在柔性机器人中的研究进展
介电弹性体驱动器在柔性机器人中的研究进展柔性机器人是指结构灵活、具有高度柔韧性的机器人系统，可以在复杂环境中实现高度灵活的运动和智能控制。
与传统刚性机器人相比，柔性机器人在操纵能力、适应性和安全性方面具有更大的优势。
为了实现柔性机器人的运动控制，驱动技术显得尤为重要。
近年来，介电弹性体作为一种新型驱动材料被广泛应用于柔性机器人中，并取得了令人瞩目的研究进展。
介电弹性体是一种能够在电场刺激下发生形状变化的材料。
它由聚合物基体和高分子接枝链组成，通过改变外界电场的强度和方向，可以控制介电弹性体的形状和运动。
介电弹性体驱动器以其独特的特性在柔性机器人领域引起了广泛关注。
首先，介电弹性体驱动器具有较大的变形能力。
介电材料的特殊结构使其具有较低的刚度，并能够在外界电场刺激下发生较大的形变。
这使得介电弹性体驱动器能够实现柔性机器人的高度变形和伸缩，从而适应复杂环境下的工作需求。
其次，介电弹性体驱动器具有较快的响应速度。
相比于其他驱动技术，介电材料的响应速度较快，可以迅速地实现形状变化。
这为柔性机器人的实时控制提供了更高的精度和可行性。
此外，介电弹性体驱动器具有较低的噪音和振动水平。
由于介电材料的柔软性和高度可变性，介电弹性体驱动器在运动过程中产生的噪音和振动较小，使得柔性机器人能够在噪音敏感的环境中进行工作。
另外，介电弹性体驱动器还具有较低的功耗。
介电材料驱动的柔性机器人不需要大量能量来实现运动，相比于传统的机械驱动，其能耗更低，更加节能环保。
然而，介电弹性体驱动器也存在一些挑战和限制。
首先，介电材料的稳定性和寿命问题是目前研究的热点之一。
由于介电材料在长时间使用和多次形变后容易出现疲劳和破损，这限制了柔性机器人的长期可靠性和稳定性。
其次，介电弹性体驱动器在控制方面还存在一定的挑战。
由于介电材料的非线性和耦合特性，对其进行精确的建模和控制仍然是一个难点。
因此，如何实现介电弹性体驱动器的精准控制仍然需要进一步的研究和探索。
局部粘贴压电宏纤维致动器的水下弹性结构机-电-液耦合振动特性
第35卷第2期2022年4月振动工程学报Journal of Vibration EngineeringVol.35No.2Apr.2022局部粘贴压电宏纤维致动器的水下弹性结构机-电-液耦合振动特性顾霆1，娄军强1，2，杨依领1，陈特欢1，陈海荣1，魏燕定2（1.宁波大学机械工程与力学学院，浙江宁波315211；2.浙江大学浙江省先进制造技术重点研究实验室，浙江杭州310027）摘要:建立了局部粘贴压电宏纤维致动器（Macro Fiber Composite，MFC）的水下弹性结构机⁃电⁃液耦合振动模型，并开展了MFC激励下的水下弹性结构的频率响应实验。
采用混合规则法得到了MFC等效体积单元的等效机电耦合参数。
基于假设模态法推导了局部粘贴MFC的欧拉⁃伯努利梁的分段归一化振型函数。
结果显示粘贴MFC致动器的主动变形段末端的变形量仅为被动变形段末端的3%，局部粘贴MFC致动器弹性结构的模态振型较匀质等截面梁结构发生了明显变化。
建立了包含MFC致动器等效驱动力矩、周围流体水动力载荷及弹性结构振动特性的水下弹性结构机⁃电⁃液耦合振动模型。
基于搭建的实验平台，测试得到了MFC不同激励频率下水下弹性结构的频率响应特性，实验结果表明：耦合动力学模型的理论预测结果与结构实际振动的幅频特性和相频特性基本一致，证明了所建立机⁃电⁃液耦合振动模型的有效性。
关键词:水下弹性结构；机⁃电⁃液耦合；水动力；压电宏纤维；局部粘贴中图分类号:O326；TP241.3文献标志码:A文章编号:1004-4523（2022）02-0387-10DOI：10.16385/ki.issn.1004-4523.2022.02.014引言随着人类探索海洋步伐的不断加快及“海洋强国”战略的提出，具有轻质灵活、操作方便且能耗低等优点的弹性结构被广泛应用于智能仿生水下运动装置、洋流能量采集、海洋微纳器件传感检测以及海底结构健康监测等诸多领域［1⁃2］。
介电弹性体驱动器在软体机器人领域的应用与设计
尺寸设计
介电弹性体驱动器的尺寸设计需考虑 其工作电压、工作频率、材料性能等 因素，以确保其能够产生足够的驱动
力和稳定性。
形状设计
介电弹性体驱动器的形状通常为薄片 或薄膜，可以通过对其形状进行优化 设计，以实现更大的变形量和更高的 驱动力。
连接方式设计
介电弹性体驱动器的连接方式应考虑 其与软体机器人的连接方式和稳定性 ，以确保其能够实现可靠的驱动。
微结构加工是介电弹性体驱动器制造的关键环节 之一，可以通过光刻、刻蚀、离子束加工等多种 方法实现微结构的精细加工。
介电弹性体驱动器的性能优
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化与提升
提升介电弹性体驱动器的耐压性能
01
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材料选择
选择具有高耐压性能的介 电材料，如聚酰亚胺、聚 酯等。
结构设计
优化驱动器的结构设计， 通过增加绝缘层、采用多 层材料组合等方式提高耐 压性能。
介电弹性体的定义与特性
介电弹性体
是一种具有高电导率、低介电常数和低损耗的聚合物材 料，具有出色的柔韧性和可拉伸性。
特性
具有高电导率、低介电常数和低损耗的聚合物材料，具 有出色的柔韧性和可拉伸性，易于实现驱动器的微型化 和集成化。
介电弹性体驱动器的原理与优势
原理
利用介电弹性体的电致应变效应，将电场作用下的形状变化转化为机械输出，从而实现机器人 的驱动和控制。
生物医学工程
介电弹性体驱动器在生物医学工 程领域也有广泛的应用，如生物 传感、药物递送、组织工程等。
微纳机器人
介电弹性体驱动器可用于实现微 纳机器人的精准驱动和控制，为 微纳机器人的设计和应用提供了
新的解决方案。
介电弹性体驱动器在软体机
02
介电弹性体发电原理分析及应用
介电弹性体发电原理分析及应用作者：刘志运周芸悦来源：《机电信息》2021年第17期摘要：介电弹性体（Dielectric Elastomer，DE）是一种电活性聚合物，是一种表现出对电场响应的大应变材料。
现介绍了介电弹性体中基质材料的结构特性，并详细分析了介电弹性体发电的基本原理、发电技术及其相比现有传统发电技术所具备的优势。
根据近年来人们对介电弹性体的研究，总结并提出了介电弹性体未来发展中可能存在的问题以及应用前景。
关键词：介电弹性体;发电原理;应用0 引言介电弹性体研究自20世纪90年代中期开始，作为一类重要的功能材料，介电弹性体各方面已得到各国学者广泛研究，如非线性光学、铁电、压电元件和电致伸缩性等。
近年来，通过改变形状来响应磁场、电场、压力等外部刺激的聚合物研究越来越多，电活性聚合物可能是被研究最多的一类，介电弹性体作为电活性聚合物的一种，具有张力大、工作原理简单的特点。
介电弹性体在外部电场的刺激下可改变其结构形状或体积。
当物体外部承受电能的刺激动作停止时，即可自动恢复或回到原来的物体形状或缩小体积，从而自动产生机械应力和运动应变，将外部电能自动转化为电动机械的性能，机电转换效率高。
1 介电弹性体中基质材料的结构特征1.1 聚丙烯酸酯类弹性体聚丙烯酸酯弹性体，一种由丙烯酸乙酯和其他丙烯酸酯共聚而成的合成橡胶，外加少量（约5%）另一种含有活泼鹵素的化合物，如氯，用于弹性体的其他丙烯酸酯包括丙烯酸正丁酯、丙烯酸甲氧乙酯和丙烯酸乙酯，这些化合物具有良好的耐热、耐臭氧、耐光和耐油性[1]。
目前，使用最广泛的以丙烯酸酯为基础的DES是商用丙烯酸酯材料，如3M商用胶带VHB 4910和VHB 4905。
亚克力材料因其低廉的价格、优异的性能、对顺应电极的良好附着力等优点而受到许多研究者的青睐。
在高预应变水平下，亚克力材料的最大应力和驱动应变分别达到7.7 MPa和380%，预拉伸后亚克力材料的电击穿强度达到了空前的水平[2]。
高压SiC器件封装用有机硅弹性体高温宽频介电特性分析
第 36 卷Biblioteka 12 期刘东明等 高压 SiC 器件封装用有机硅弹性体高温宽频介电特性分析
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revealed, the method of distinguishing low-frequency dispersion process from relaxation polarization process was improved, and an improved Cole-Cole model was introduced. Finally, the influence of temperature on the dielectric response process and dielectric characteristic parameters of organic silicone elastomers was obtained. The results show that with the increase of frequency, the real part of the complex dielectric constant decreases and tends to be stable, while the imaginary part of the complex dielectric constant decreases first and then rises to the peak value. Temperature and frequency have great influence on the dielectric properties of the organic silicone elastomer. Under the condition of high temperature and low frequency, the organic silicone elastomer material has obvious phenomena of low frequency dispersion and charge diffusion. The characteristic parameters of Cole-Cole model at different temperatures are extracted. The relationship of the DC conductivity σdc, the relaxation intensity Δε and the low frequency dispersion strength ξ with temperature satisfies the Arrhenius equation law. The high frequency dielectric constant ε∞ shows an approximate first-order function relationship with temperature and decreases with the increase of temperature; the relaxation time τ decreases with the increase of temperature at high temperature, and its mechanism can be revealed by the double well model. The characteristic parameters obtained in this paper provide data support for insulating design of SiC device package.
电活性聚合物材料及其在驱动器中的应用研究_陈花玲
大，但输出电致应力一般较小。电场型 EAP 则是由 电场驱动产生电致应力， 直接将电能转化为机械能， 进而在宏观上表现出电致动特征，通常输出的应力 较大，但需较高的激励电场。离子聚合物-金属复合 材料(Ionic polymer-metal composites，IPMC)和介电 弹性材料(Dielectric elastomers，DE)分别是这两类 EAP 的典型代表。本文将围绕这两种材料首先概述 EAP 的国内外研究进展，然后重点介绍本课题组近 年来关于其制备工艺、基础理论及应用研究的主要 成果。
Research of Electro-active Polymer and Its Application in Actuators
CHEN Hualing1, 2 WANG Yongquan1, 2 SHENG Junjie1, 2 CHANG Longfei1, 2 WANG Yanjie1, 2
电活性聚合物材料(Electro-active polymer, EAP) 是一类在电场激励下可以产生大幅度尺寸或形状变 化的新型柔性功能材料，是软物质的一个重要分 支[1]。如下表所示[2]，与压电陶瓷、形状记忆合金 等传统功能材料相比， EAP 具有变形大、 响应迅速、
* 教育部博士点基金 (20120201110030) 和国家自然科学基金重大专项 (51290294)资助项目。20121205 收到初稿,20130205 收到修改稿
Abstract：A comprehensive analysis of the basic concept and classification of electro-active polymer (EAP) is provided, and ionic polymer-metal composites (IPMC) and dielectric elastomer(DE) as a typical representative of the ionic and electronic EAP materials respectively are demonstrated about their current research status. Subsequently, the main achievement of author’s group on the manufacturing process and fundamental research of IPMC and DE is introduced. For IPMC, the influences of the preparation steps on the electrode deposition, the manufacturing process optimization, physical modeling of IPMC, Nafion casting and IPMC packaging process are investigated, and also experimental and theoretical research on the actuation of IPMC are discussed; for DE, its electromechanical coupling characteristics and the effect of pre-stretch, temperature and viscoelastic on its stability is studied. The achievement on the application of EAP material in the context of micro-pumps, micro-lens and multi-degree-of-freedom manipulator is presented. Key words：Intelligent materials Composite materials Electromechanical coupling
频率与温度对介电弹性材料致动性能的影响1
频率和温度对介电弹性材料致动性能的影响1盛俊杰2，陈花玲，李博，王永泉（西安交通大学机械工程学院，西安710049）摘要：介电弹性材料是一种新型的电活性聚合物，在电压驱动下会产生大幅度的应变。
其中材料的介电性能和机械性能对其驱动性能的影响是很关键的。
利用宽频带介电谱仪研究了频率（10-2~107Hz）、温度（-100~100°C）对VHB4910介电材料介电性能的影响，得到材料的低频介电常数为4.9；在不同温度下，介电常数随着温度的增加是先增大后降低，处于玻璃态时的介电常数最小大约为3。
基于此实验结果，利用Cole-Cole方程拟合了VHB的介电频谱，得到了描述VHB介电频谱的数学模型。
接着分析了VHB4910材料的弹性模量与频率以及温度的关系，研究了机械性能对其致动性能的影响，发现频率和温度对致动性能的影响可以达到4个数量级的变化。
结果表明：依赖于频率和温度的介电性能对介电弹性材料致动性能的影响很小，而介电弹性材料的机械性能主导其致动性能。
关键词：介电弹性材料；致动性能；频率；温度；介电常数；Cole-Cole1引言介电弹性材料(Dielectric Elastomer，DE)，在外电场的激励下可产生极大的应变和弹性应变能，这就使得这类材料可以用作致动器、换能器，因而成为近年来国内外研究的热点之一[1-3]。
其中美国3M公司的VHB（very high bonding）丙烯酸系列是最有应用潜力的一类DE材料，其面积致动应变最高可达380%[3]。
图1DE作动器的工作原理在DE材料的两个表面覆盖上柔性电极后形成致动器，当在电极上施加电压时，弹性体将发生厚度和面积的变化，形成机电转换的致动器结构，如图-1所示。
施加电压后形成的沿电场线方向的有效应力p为[1]：1国家自然科学基金(No：10972174)和教育部博士点基金资助（No：20100201120004）资助项目2Email：******************2200()r r V p E hεεεε==（1）其中，0ε和r ε分别是DE 材料真空中的介电常数和DE 的相对介电常数，E 是所施加的电场强度，V 是所施加的电压，h 是变形时薄膜的厚度。
磁电弹性耦合材料中的本构关系
磁电弹性耦合材料中的本构关系曲磊;王建国;钱锋【摘要】The constitutive relationship of magneto-electrio-elastic coupling materials is a set of equations in which the strain, electric potential and magnetic potential are expressed in terms of the stress, electric displacement and magnetic induction strength. In this paper, according to the thermodynamic theory of continuous medium and using the Gibbs free energy and Legnedre transformation, eight different types of constitutive equations of magneto-electrio-elastic materials are presented. The study may be useful to future investigation of magneto-electrio-elastic materials.%磁电弹性耦合材料的力学本构方程一般形式是通过应力、电位移、磁感应强度来表示应变、电势和磁势.文章根据连续介质的热力学理论,利用Gibbs自由能和Legendre变换,系统地推导了磁电弹性耦合材料8种形式的本构方程,为磁电弹性耦合材料的进一步研究提供了理论基础.【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(035)001【总页数】4页(P78-81)【关键词】磁电弹性材料;本构关系;压电;压磁【作者】曲磊;王建国;钱锋【作者单位】合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009【正文语种】中文【中图分类】O343.9磁电弹性耦合材料具有同时感知磁、电、力影响的能力，因其具有独特的机电和磁力转换能力，这种材料（如压电、压磁和磁电弹性材料）和结构已被大量应用于传感和制动控制、信息处理以及材料科学等领域。
PPMS和MPMS(SQUID)上的介电、磁电耦合测量方法概述
与先前研究结果的比较
我们的实验结果与先前的研究结果基本 一致，都观察到了温度和磁场对介电性 能的影响以及显著的磁电耦合效应。
VS
与其他类似体系的比较
与其他类似体系相比，我们所研究的体系 在介电常数、介电损耗以及磁电耦合系数 等方面表现出一定的差异。这可能是由于 材料成分、结构或制备工艺的不同所导致 的。
3
磁电材料性能优化
通过对磁电材料的介电和磁电耦合性能的测量和 分析，可以为材料性能优化提供指导和依据。
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实验结果与分析
实验数据与结果展示
介电常数与介电损耗
在PPMS和MPMS(SQUID)上，我们 测量了不同温度和磁场下的介电常数 和介电损耗。结果显示，随着温度和 磁场的变化，介电常数和介电损耗呈 现出明显的变化趋势。
动态磁电耦合测量
动态磁电耦合测量原理
通过在样品上施加交变磁场，测量样品在交变磁场下的介电常数、介电损耗和磁导率等参数，研究磁 场频率对样品介电和磁性能的影响。
动态磁电耦合测量系统
包括磁场发生装置、介电测量装置、磁导率测量装置和数据采集与处理系统。其中，磁场发生装置用 于产生交变磁场，介电测量装置和磁导率测量装置分别用于测量样品的介电和磁性能，数据采集与处 理系统用于数据的采集、处理和分析。
探索新材料体系
目前的研究主要集中在已知的多铁性材料上。未 来可以探索新的多铁性材料体系，特别是具有优 异磁电性能和潜在应用价值的材料，为相关领域 的发展注入新的活力。
谢谢您的聆听
THANKS
介电响应研究
结合温度和磁场控制，可 以研究材料在外部刺激下 的介电响应行为，揭示材 料的物理机制。
MPMS(SQUID)在磁电耦合测量中的应用
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基于Neo-Hooken的介电弹性体单轴拉伸发电特性研究
基于Neo-Hooken的介电弹性体单轴拉伸发电特性研究曹建波;葛彩军;鄂世举;刘爱飞;金丽丽;江孝琪【摘要】为研究介电弹性体发电机(DEG)在单轴拉伸下的发电特性,结合Neo-Hooken模型建立了DEG在单轴拉伸下的机电耦合数学模型,运用Matlab/Simulink软件建立了DEG的单轴发电仿真模型,对DEG的发电过程及拉伸力、拉伸率、初始电压与电势差之间的关系进行了仿真研究,通过搭建DEG发电测试试验台,进行了试验研究并与仿真结果进行对比.仿真和试验结果表明在单轴拉伸收缩发电过程中,DEG两端电压先降后升;在初始拉伸时和即将拉伸至最大时电压有两个突变点;电势差随着初始电压、拉伸力的增加而近似线性增加.【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2016(047)003【总页数】6页(P389-394)【关键词】介电弹性体发电机;单轴拉伸;发电机理;机电耦合模型【作者】曹建波;葛彩军;鄂世举;刘爱飞;金丽丽;江孝琪【作者单位】浙江师范大学工学院,金华 321000;浙江师范大学工学院,金华321000;浙江师范大学工学院,金华 321000;浙江师范大学工学院,金华 321000;浙江师范大学工学院,金华 321000;浙江师范大学工学院,金华 321000【正文语种】中文【中图分类】TB381介电弹性体发电机(Dielectric elastomer generator, DEG)是一种基于可变电容原理的新型微发电机[1]，其三层式构造的中间层为介电弹性体材料(DE)。
作为一种新型智能材料，DE具有超大变形、高理论比能量密度、高效率、超短反应时间及高疲劳寿命等特点[2-4]。
众多研究表明，DE既是一种良好的仿生驱动材料[5-7]，也可逆向应用于发电领域，可以用来构造形式多样、成本低廉的新型发电机，在可再生能源发电及微机电系统等领域将具有广阔的应用前景[8-11]。
国内外学者对DEG发电特性展开了相关研究[1,12-14]，但大多只给出了DEG的单轴、双轴拉伸力学模型，未与电学模型相结合，且推导过程较为简略，未对所得模型进行试验验证。