锥形电活性聚合物薄膜作动器的力电响应研究

以一款锥形电活性聚合物薄膜作动器为研究对象,选用Ogden材料模型对作动器进行数值计算。控制外力变化,对薄膜在变形状态下的应变量、厚度及临界电场强度进行分析,研究了预拉伸对薄膜力电稳定性的影响。结果表明:外力增加会显著提高薄膜内各点的径向应变,减小膜厚,并使得临界电场强度的分布发生改变;薄膜预拉伸程度的增加,也会提高薄膜临界电场强度,使得薄膜的力电稳定性得到增强。

介电高弹聚合物力电行为研究与器件设计

相对于人们通常熟悉的金属、陶瓷、玻璃等"硬材料","软材料"是自然界、生命体系、日常生活和工程应用中广泛存在的物质体系,例如动植物组织结构、人造聚合物、液晶、胶体、泡沫、颗粒物质等.许多软材料在受外界激励后会发生变形或引发相应的功能响应,这种材料被称为功能软材料(soft active material,SAM).介电高弹聚合物属于典型的功能软材料,通过电压作用,介电高弹聚合物可产生超过100%的应变,并具有轻质量、快反应和高能量密度等优点,在智能仿生、航空航天、机械、新能源等领域有巨大的应用潜力.本学位论文主要研究介电高弹聚合物这一类功能软材料,研究了介电高弹聚合物的失拉、断裂、电击穿、粘弹性、失稳等力电失效和力电耗散现象,通过分析这些现象的产生机理和特性,得到克服或利用介电高弹聚合物特有的力电性能,实现换能器极大电致变形(1692%电致面积变形)、高效能量收集、主动调频振动等性能的理论方案.通过仿真模拟,进行换能器结构与介电高弹聚合物材料的优化设计,在试验上完成介电高弹聚合物换能器在不同工作模式下的高性能实现.