近年來(lái),活性軟材料的研究逐漸興起。活性軟材料是指可以在外界激勵(lì)下產(chǎn)生大變形而實(shí)現(xiàn)一定功能的材料。從力學(xué)的角度展開(kāi)活性軟材料的研究有助于人們理解材料的行為與機(jī)理,并指導(dǎo)材料的應(yīng)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(chǎng)下產(chǎn)生大變形響應(yīng),具有能量密度高、響應(yīng)速度快、質(zhì)量輕、易加工制造等優(yōu)點(diǎn)。介電彈性體在智能仿生、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用潛力,并且已經(jīng)廣泛應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)器、軟機(jī)器人、盲文顯示器、發(fā)電機(jī)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(wèn)題,具體到不同結(jié)構(gòu)中的不同現(xiàn)象進(jìn)行了研究,包括薄膜、充氣薄膜、充氣管和氣球結(jié)構(gòu)中的失穩(wěn),跳突和機(jī)電相變等非線性行為,并研究粘彈性、應(yīng)力軟化以及慣性和阻尼效應(yīng)對(duì)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(xué)框架和連續(xù)介質(zhì)力學(xué)模型的耗散介電彈性體理論,結(jié)合流變模型建立了粘彈性介電彈性體的本構(gòu)關(guān)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(guò)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(yīng)力軟化行為。制備了碳納米管填充硅橡膠型介電彈性體復(fù)合材料,... 

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活性軟材料的典型應(yīng)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(chǎn)生大變形的外界激勵(lì)為電常介電彈性體的概念最早由美國(guó)斯坦福研究院（StanfordResearchInstituteInternational，SRIInternational）在20世紀(jì)90年代提出[24]。2000年，Pelrine等人[25]在Science雜志上發(fā)表論文，實(shí)現(xiàn)了介電彈性體高達(dá)158%的電致變形，引起了科學(xué)界的極大關(guān)注。介電彈性體所具有的大變形能力，結(jié)合響應(yīng)速度快、能量密度高、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，使其具有極大的應(yīng)用潛力[6-8,25-28]。在隨后的時(shí)間里，以材料研究為基礎(chǔ)，以軟材料力學(xué)為理論指導(dǎo)，以應(yīng)用器件的設(shè)計(jì)與制造為目標(biāo)，介電彈性體相關(guān)領(lǐng)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(shuō)明介電彈性體的工作原理，我們將其簡(jiǎn)單理解為一個(gè)可實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和電場(chǎng)能相互轉(zhuǎn)換的可變形電容器[26]。在應(yīng)用中，需要將介電彈性體材料制成薄膜，并在薄膜的兩個(gè)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(gè)表面涂抹導(dǎo)電材料，如油脂性炭膏（carbongrease），它具有低價(jià)、易獲娶高柔性的優(yōu)點(diǎn)，但不具有光學(xué)性能。此外，人們對(duì)適用于介電彈性體的電極材料也進(jìn)行了大量研究，研制了如導(dǎo)電凝膠[30,31]等性能優(yōu)異的柔性電極材料。將兩側(cè)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(huì)在電場(chǎng)力（也稱麥克斯韋應(yīng)力，Maxwellstress）的作用下產(chǎn)

物網(wǎng)絡(luò)，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(yù)拉伸量的互穿網(wǎng)絡(luò)型介電彈性體薄膜。1.3介電彈性體應(yīng)用器件工作在力電載荷下的介電彈性體可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和電場(chǎng)能的相互轉(zhuǎn)換，結(jié)合其能量密度高、響應(yīng)速度快、質(zhì)量輕、易加工制造等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在智能仿生、生物醫(yī)療等領(lǐng)域顯示出了巨大的應(yīng)用潛力[27-29,59]。在應(yīng)用中，薄膜形式的介電彈性體需要先設(shè)計(jì)成各種構(gòu)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(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)具體功能。本節(jié)介紹介電彈性體的一些代表性應(yīng)用。圖1-3基于彈簧-卷形驅(qū)動(dòng)器的(a)抓取結(jié)構(gòu)和(b)爬行結(jié)構(gòu)[37]Fig.1-3Gripper(a)andcrawlingstructure(b)basedonspring-rollactuator[37]介電彈性體換能器作為驅(qū)動(dòng)器，可以應(yīng)用于機(jī)器人領(lǐng)域。預(yù)拉伸可以增大介電彈性體薄膜的電致變形，但預(yù)拉伸同時(shí)帶來(lái)了預(yù)應(yīng)力，通常需要附加外部機(jī)構(gòu)來(lái)固定預(yù)拉伸。剛性框架可以很好地固定預(yù)拉伸，例如：Pei等人[36]將預(yù)拉伸的

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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