• 正在加载中...
  • 介电弹性体

    介电弹性体是一种新型材料,就是一种加上电压即可出现形变的电激活聚合物。它能够用来制作柔软,轻巧, 具有高能量转换效率的促动器或发动机,且可以承受很大程度的弹性变形。 科学家们由此对它青睐有加,热衷于用它制作机器手,软性机器人,可调镜头、气动阀门以及会扇动的机器翅膀。介电弹性体作为一种新型电致感应智能材料,具有较高的机电转换效率,具有质量轻、价格低、运动灵活、易于成形和不易疲劳损坏等优点,因此自20世纪90年代以来,吸引了不少国内外学者的关注,并且从性能到模型以及在航空航天、医疗卫生和机器人等方面开展了相关的实验研究

    编辑摘要

    目录

    简介/介电弹性体 编辑

    一种弹性材料一种弹性材料
    (DielectricElastomers)是具有高介电常数的弹性体材料,其在外界电刺激下可改变形状或体积;当外界电刺激撤销后,又能恢复到原始形状或体积,从而产生应力和应变,将电能转换成机械能。

    介电弹性体作为一种新型电致感应智能材料,具有较高的机电转换效率,具有质量轻、价格低、运动灵活、易于成形和不易疲劳损坏等优点,因此自20世纪90年代以来,吸引了不少国内外学者的关注,并且从性能到模型以及在航空航天、医疗卫生和机器人等方面开展了相关的实验研究。[1]

    种类及性能/介电弹性体 编辑

    截至2015年,可用的介电弹性体包括硅橡胶丙烯酸酯弹性体、聚氨酯弹性体、丁腈橡胶、亚乙烯基氟化三氟乙烯及它们相应的复合材料。

    介电弹性体的性能指标主要包括杨氏模量、介电常数、击穿电压和响应速率等。

    聚丙烯酸酯类弹性体

    介电弹性体介电弹性体
    聚丙烯酸酯弹性体具有极大的屈服应变和高弹性能量密度,容易加工,相容性良好,可用于制作多种驱动器设备,但其存在很多问题:

    1、驱动电压较高,每毫米材料的驱动电压都在千伏级上下,限制了应用范围;

    2、杨氏模量随温度变化较大,因此使用条件较为苛刻;

    3、应变响应滞后现象严重。

    这些问题限制了丙烯酸酯类弹性体驱动器的发展。

    聚氨酯及其复合材料

    Q。M。Zhang等人用铜酞菁齐聚物(Poly-CuPc)/聚氨酯2组分混合物作基体,导电性聚苯胺(PANI)作填料,制成了3组分复合材料。在此复合材料中,高介电常数PolyCuPc微粒(>106)提高了聚氨酯材料的介电常数,聚氨酯/Poly-CuPc混合物为PANI的高介电基体,进一步提高了介电常数。

    硅橡胶及其复合材料

    与丙烯酸酯橡胶相比,硅橡胶的弹性较好,因此有更快的应变响应速率,且其模量在较大温度范围内保持恒定,可和多种填料复合来改变电性能和机械性能,因此不少学者用硅橡胶作基体制备介电弹性体材料。

    存在问题/介电弹性体 编辑

    介电弹性体对高驱动电压的需要限制了其驱动器的发展与应用,尤其是在生物医学领域,高驱动电压对生物体和设备来说都是危险因素。通过使用具有优良机电性能的新型弹性体可能会减小驱动电压,因此需要研制高介电、低模量的弹性体材料。

    在介电弹性体材料的研究中应协调好介电性能与材料模量的关系,这两个参数往往是对立的,大量添加高介电性填料往往会使材料模量升高,机电性能不会有较好的改善;同时还要处理好介电性能与击穿电压的关系,增加具有导电性的填料用量往往会使击穿电压下降。

    发展前景/介电弹性体 编辑

    截至2015,这种材料的研究课题主要集中在丙烯酸酯和硅橡胶复合材料方面,但丙烯酸酯的模量随温度变化较大,并具有粘弹性,应变响应缓慢,因此硅橡胶复合材料更有应用前景。

    研究进展/介电弹性体 编辑

    (左)转动关节的结构。(右)用来测量关节转动的系统。(左)转动关节的结构。(右)用来测量关节转动的系统。
    2015年4月,发表在美国物理联合会《应用物理快报》的一篇研究文章中, 来自中国哈尔滨工业大学威海分校和美国加州大学洛杉矶分校的研究者们阐述了他们在介电弹性体中发现的一个新的共振现象:基于介电弹性体材料的人造关节能够实现负角度弯曲,即能够上下扇动,如鸟类的翅膀。

    以往的研究者们通常用稳定电压激活人造关节的运动以研究其运动规律,稳定电压只能使人造关节弯曲在某一个固定的角度,而他们则想了解人造关节在周期性变化的交变电压中是如何运动的。他们发现交变电压可以使人造关节在不同的角度连续弯曲。尤其,当人造关节的转动惯量或者所施电压大到一定程度时, 关节可以实现负角度弯曲,也就是大于90度角至180度的弯曲,同时也将遵循一种不同于常规振动的特殊规律。这种新的现象使介电弹性关节成为制作轻软型机器翅膀的候选材料。介电弹性材料的发动机比电力发动机有着更高的能量转换率(60%到90%的能量转换),因此这样的人造翅膀要比电力翅膀更有效率。[2]

    添加视频 | 添加图册相关影像

    参考资料
    [1]^引用日期:2015-04-10
    [2]^引用日期:2015-04-10

    互动百科的词条(含所附图片)系由网友上传,如果涉嫌侵权,请与客服联系,我们将按照法律之相关规定及时进行处理。未经许可,禁止商业网站等复制、抓取本站内容;合理使用者,请注明来源于www.baike.com。

    登录后使用互动百科的服务,将会得到个性化的提示和帮助,还有机会和专业认证智愿者沟通。

    互动百科用户登录注册
    此词条还可添加  信息模块

    WIKI热度

    1. 编辑次数:8次 历史版本
    2. 参与编辑人数:5
    3. 最近更新时间:2019-07-29 19:07:14