近年來,活性軟材料的研究逐漸興起�；钚攒洸牧鲜侵缚梢栽谕饨缂钕庐a生大變形而實現(xiàn)一定功能的材料。從力學的角度展開活性軟材料的研究有助于人們理解材料的行為與機理,并指導材料的應用,具有深入意義。介電彈性體是一類典型的活性軟材料,它可以在外加電場下產生大變形響應,具有能量密度高、響應速度快、質量輕、易加工制造等優(yōu)點。介電彈性體在智能仿生、生物醫(yī)學等領域展現(xiàn)了巨大的應用潛力,并且已經廣泛應用于驅動器、軟機器人、盲文顯示器、發(fā)電機和各種功能的傳感器。本文圍繞介電彈性體非線性力電耦合行為這一類大問題,具體到不同結構中的不同現(xiàn)象進行了研究,包括薄膜、充氣薄膜、充氣管和氣球結構中的失穩(wěn),跳突和機電相變等非線性行為,并研究粘彈性、應力軟化以及慣性和阻尼效應對非線性行為的影響。研究了介電彈性體薄膜由粘彈性引起的非平衡行為。闡述了基于非平衡熱力學框架和連續(xù)介質力學模型的耗散介電彈性體理論,結合流變模型建立了粘彈性介電彈性體的本構關系,模擬了介電彈性體薄膜在不同載荷模式下非平衡的演化過程,包括蠕變和松弛、力電失穩(wěn)以及滯后現(xiàn)象。研究了介電彈性體薄膜的應力軟化行為。制備了碳納米管填充硅橡膠型介電彈性體復合材料,... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數】：138 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

活性軟材料的典型應用[18-23]

第1章緒論-3-1.2介電彈性體介電彈性體（dielectricelastomer,DE）是一類典型的活性軟材料，它也被稱為電致活性聚合物（electroactivepolymer,EAP），顧名思義使介電彈性體產生大變形的外界激勵為電常介電彈性體的概念最早由美國斯坦福研究院（StanfordResearchInstituteInternational，SRIInternational）在20世紀90年代提出[24]。2000年，Pelrine等人[25]在Science雜志上發(fā)表論文，實現(xiàn)了介電彈性體高達158%的電致變形，引起了科學界的極大關注。介電彈性體所具有的大變形能力，結合響應速度快、能量密度高、質量輕等優(yōu)點，使其具有極大的應用潛力[6-8,25-28]。在隨后的時間里，以材料研究為基礎，以軟材料力學為理論指導，以應用器件的設計與制造為目標，介電彈性體相關領域迅速發(fā)展。圖1-2介電彈性體薄膜的工作原理Fig.1-2Workingprinciplesofdielectricelastomermembrane為說明介電彈性體的工作原理，我們將其簡單理解為一個可實現(xiàn)機械能和電場能相互轉換的可變形電容器[26]。在應用中，需要將介電彈性體材料制成薄膜，并在薄膜的兩個表面附加電極，所附加的電極材料要求具有足夠的柔性，不能阻礙薄膜自身的變形。最傳統(tǒng)的做法是在薄膜的兩個表面涂抹導電材料，如油脂性炭膏（carbongrease），它具有低價、易獲娶高柔性的優(yōu)點，但不具有光學性能。此外，人們對適用于介電彈性體的電極材料也進行了大量研究，研制了如導電凝膠[30,31]等性能優(yōu)異的柔性電極材料。將兩側表面附加電極的介電彈性體薄膜和電源連接后，由于上下兩層電極上的異性電荷相互吸引，同層電極上的同性電荷相互排斥，薄膜會在電場力（也稱麥克斯韋應力，Maxwellstress）的作用下產

物網絡，研制了一種可以在脫離剛性支撐的情況下仍然保持一定預拉伸量的互穿網絡型介電彈性體薄膜。1.3介電彈性體應用器件工作在力電載荷下的介電彈性體可以實現(xiàn)機械能和電場能的相互轉換，結合其能量密度高、響應速度快、質量輕、易加工制造等優(yōu)點，已經在智能仿生、生物醫(yī)療等領域顯示出了巨大的應用潛力[27-29,59]。在應用中，薄膜形式的介電彈性體需要先設計成各種構型的換能器，如彈簧-卷形[36,37]、球形[46-52]、堆棧式[54]和管狀[55]等，再附加外部機構，以實現(xiàn)具體功能。本節(jié)介紹介電彈性體的一些代表性應用。圖1-3基于彈簧-卷形驅動器的(a)抓取結構和(b)爬行結構[37]Fig.1-3Gripper(a)andcrawlingstructure(b)basedonspring-rollactuator[37]介電彈性體換能器作為驅動器，可以應用于機器人領域。預拉伸可以增大介電彈性體薄膜的電致變形，但預拉伸同時帶來了預應力，通常需要附加外部機構來固定預拉伸。剛性框架可以很好地固定預拉伸，例如：Pei等人[36]將預拉伸的

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Electromechanical phase transition of a dielectric elastomer tube under internal pressure of constant mass[J]. Song Che,Tongqing Lu,T.J.Wang.  Theoretical & Applied Mechanics Letters. 2017(03)
[2]Stability analysis of dielectric elastomer film actuator[J]. LIU YanJu1,LIU LiWu1,SUN ShouHua1,ZHANG Zhen2 & LENG JinSong2 1 Astronautical Science and Mechanics,Harbin Institute of Technology,Harbin150001,China; 2 Center for Composite Materials,Harbin Institute of Technology,Harbin150001,China.  Science in China（Series E:Technological Sciences）. 2009(09)
[3]橡膠材料的超彈性本構模型[J]. 李曉芳,楊曉翔.  彈性體. 2005(01)



本文編號：3364265