新型电致活化材料—介电弹性体的驱动特性研究

介电弹性体发电机自偏置机理研究介电弹性体发电机自偏置机理研究引言：随着能源需求的不断增长和能源危机的逼近，人们对可再生能源的研究越来越重视。

近年来，介电弹性体发电技术逐渐受到关注。

介电弹性体是一种具有特殊电与机械性能的材料，利用其特性可转化为电能。

介电弹性体发电机是一种利用介电弹性体的变形产生电能的装置。

本文旨在探索介电弹性体发电机自偏置的机理，进而提高其发电效率。

1. 介电弹性体发电机的原理介电弹性体发电机利用介电材料的变形产生电能。

当施加外力或者机械变形于介电材料时，产生应变，由于介电材料的电弹性效应，引起材料内部电势的变化。

这种内部电势变化将导致电荷的分离和积累，从而产生电流。

通过外部电路连接收集电荷并驱动电子设备或储存电能。

2. 介电弹性体发电机的自偏置现象自偏置现象是指介电弹性体发电机在没有施加外力的情况下仍能够产生电能的特性。

这是由于介电弹性体本身具有的非线性特性导致的。

在没有施加外力的情况下，介电弹性体发电机的内部电势处于平衡状态，电荷均匀分布。

但是当介电弹性体发电机被扭曲或施加机械压力时，介电弹性体发生变形，电势变化导致内部电荷的分离。

一旦外力移除，介电弹性体会返回原始形状，但电荷分布却不会完全恢复平衡状态，而是在一定程度上保持分离状态。

这种分离状态预先生成的电场和电势差引发了自偏置现象。

3. 自偏置机理的探究自偏置机理的探究对于进一步提高介电弹性体发电机的效率至关重要。

（1）晶格缺陷理论：晶格缺陷是介电弹性体内部自偏置现象的重要因素。

介电弹性体中晶格缺陷的产生和储存是通过超过材料内部弹性极限引起的。

晶格缺陷的产生会克服晶体的结构稳定性，因此产生电荷的能力也更大。

这个过程通常需要一定的时间来存储电荷。

（2）电迁移现象：电迁移现象是另一个影响自偏置机理的因素。

当电荷分离状态产生时，电荷首先从导电层向非导电层迁移。

电迁移速率取决于介电材料内部化学成分、材料的电导率和电场强度。

电迁移现象与晶格缺陷理论共同作用，共同影响自偏置机理。

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。

介电弹性体最近的一些研究进展姓名:欧阳一鸣学号：2013012532班级：高材13131引言电活性聚合物是指在外界电场刺激下产生显著的尺寸或者形状变化的一类新型驱动器材料。

介电弹性体是一种电活性聚合物,与传统典型的电活性聚合物相比，具有显著的优异性能，包括大电致形变(＞10%)、能量密度高(3.4J/cm)、响应时间短(ms)、粘弹滞后(力学)损耗小、柔韧性更好(弹性模量Y可低至0.1MPa)和高转换效率(80%~90%)的特点。

由涂覆在弹性体上下表面柔性电极组成的三明治结构的介电弹性体驱动器,可以广泛应用于袖珍或微型机器人、微型航空器、磁盘驱动器、平面扩音器和假肢器官等领域，被称为是新一代电活性驱动器。

2基于热力学框架的连续介质理论进展美国哈佛大学的锁志刚教授等人从软材料的力学角度出发，基于热力学的理论框架与连续介质力学模型，建立了介电弹性体理论.3.介电弹性体在能量收集领域的研究进展介电弹性体作为一种智能软材料，人们对于它的研究是在近十几年左右才兴起的。

随着介电弹性体越来越广泛的发展和应用，从事该领域研究的人员和机构也越来越多，例如美国的斯坦福研究院(SRIInternational)、欧洲的爱尔兰、英国、意大利等国家及日本一些公司。

相比于介电弹性体在驱动器方面的研究，其在能量收集这一应用领域的研究成果并不是很丰硕。

在理论方面，美国哈佛大学的锁志刚教授等人从软材料的力学角度出发，基于热力学的理论框架与连续介质力学模型，建立了介电弹性体理论。

基于此理论体系，近年来许多学者在介电弹性体能量收集方面取得了一些理论成果，主要集中在许用区域与能量耗散两方面。

4.高电致形变介电弹性体的研究进展电活性聚合物是指在电刺激下能够产生较大尺寸或形状变化的聚合物材料，正作为新型的驱动器材料被广泛地研究!介电弹性体是有高介电常数的弹性体材料，对其施加外电场后可以改变形状或体积，撤销外加电场后会恢复到原来的形状或体积，这个过程伴随着应力和应变的产生，从而将电能转化为机械能，是一种性能优异的电活性聚合物!与传统典型的电活性聚合物相比，介电弹性体具有大电致形变"能量密度高"响应时间快"粘弹滞后(力学)损耗小"高转换效率的特点!由涂覆在弹性体上下表面柔性电极组成的三明治结构的介电弹性体驱动器，可以广泛应用于袖珍或微型机器人"微型航空器"磁盘驱动器"平面扩音器和假肢器官等领域，被称为是新一代电活性驱动器5.生物基本体聚酯介电弹性体传统的介电弹性体均不同时具备高的介电常数和低的模量。

第53卷第2期 2019年2月西安交通大学学报JOURNAL OF XP AN JIAOTONG UNIVERSITY V〇l. 53 N o.2F e b.2019DOI：10. 7652/xjtuxb201902002介电弹性体驱动器动态电压下的变形特征及击穿行为研究刘学婧％，贾书海％，李博%&，陈花玲123(1.西安交通大学机械工程学院，710049,西安'2.西安交通大学陕西省智能机器人重点实验室，H0049，西安'3.西安交通大学机械强度与振动国家重点实验室，710049,西安）摘要：针对介电弹性体（D E)驱动器驱动性能难以预测的问题，以V H B4910薄膜为待测D E材料，圆形D E驱动器作为研究对象，针对低频条件下（0. 1!10H z)D E驱动器的动态变形与击穿行为展 开了实验研究。

搭建了力电耦合实验测试平台，通过实验归纳了驱动电压参数对D E驱动器动态 变形和击穿的影响规律。

实验结果表明：D E驱动器的动态变形平衡位置受到电压幅值的影响，动 态变形的振幅则受到电压频率和幅值的共同制约。

动态击穿电压的数值分散性强，难以得到明显 的规律特征，因此不能准确对动态击穿行为进行表征，而通过实验发现D E驱动器能承受的电压循 环周期数会受到多种驱动电压参数的显著影响，故提出采用电压循环周期数对动态击穿行为进行分析。

借鉴机械循环载荷下的经典疲劳曲线方程，提出利用名义静电应力幅值代替机械应力幅值、对D E驱动器在动态电压下的电致疲劳寿命曲线进行拟合的方法，以期为动态电压作用下D E驱 动器的寿命预测提供一种新思路。

关键词：介电弹性体驱动器；动态变形；击穿；疲劳寿命中图分类号：T H145. 4;T P24 文献标志码：A文章编号：0253-987X(2019)02-0009-07A Research on Deformation and Breakdown Behavior of DielectricElastomer Actuators Under Dynamic Electrical LoadsL l U X u e j i n g1，J I A S h u h a i1，LI B o1'2，C H E N Hualing1'2'3(1. School of Mechanical Engineering，X i?an Jiaotong University，X i?an 710049，China；2. Shaanxi Key Laboratory of Intelligent Robot，X i?an Jiaotong University，X i?an 710049，China；3. State Key Laboratory for Strength and Vibration of Mechanical Structures，X i?an Jiaotong University，X i?an 710049，China)Abstract：Dielectric e lastomer based actuators(D E A s)is regularly subjected to dynamic electric loads to produce reciprocating deformations and its driving performance such as deformation response and b r e a k d o w n behavior i s affected by various driving voltage parameters.T h e relevant changing laws are unrevealed，and i t i s difficult to predict its critical b r e a k d o w n condition in applications.T h e dynamic deformation and b r e a k d o w n behaviors of circular D E A s based on V H B4910 film are experimentaly investigated，and the changing rules of driving voltage parameters on the dynamic deformation and b r e a k d o w n behavior of D E A are s u m m a r i z e d.T h e experimental results s h o w t h a t t h e dynamic deforma t i o n equilibrium pos i t i o ns of t h e D E A s are affect e d b y the voltage amplitude and the deformation amplitudes are influenced by both the frequency and amplitude of the voltage.M o r e o v e r the dynamic b r e a k d o w n vol t a ges of D E A s收稿日期：2018-06-23。

中国科学技术大学硕士学位论文表卜１ＥＡＰ，ＳＭｇＥＡｃ的性能比较表特性电敏感聚合物（ＥＡＰ）形状记忆合金（ＳＭＡ）电敏感陶瓷（ＥＡＣ）致动应变＞１０％＜８％短疲劳寿命０．１．０．３％应力（ＭＰａ）０．１－３大约７００３０－４０响应速度微秒（／ａｓ）到秒秒（ｓ）到分钟（ｍｉｎ）微秒（卢ｓ）到秒（ｓ）密度１－２．５９／ｃｃ５－６９／ｃｃ６－８９／ｃｃ。

驱动电压２Ｖ：６ＫＶＮＡ５０，８００Ｖ消耗能量毫瓦瓦瓦断裂韧度弹性的弹性的脆弱的电敏感聚合物材料的性能吸引了许多不同学科的工程师和科学家的注意。

ＥＡＰ的人工肌肉概念可以应用在仿生动物和生物的运动上，这也大大激励了仿生学的开创者。

在可预知的将来，ＥＡＰ驱动的机器人机构将使工程师能够创造出只有在科幻小说中才能出现的设备。

在２００３年，已经报道了巨大的成就，其中包括第一个商用产品的出现以及可能使用ＥＡＰ制作出的手臂，它有望胜过人类手臂。

一个这样的商用产品已经在２００２年１２月出现了，它是日本Ｅａｍｅｘ公司的机器鱼，如图１．１所示。

没有电池或者发动机，它也可以游泳，它使用了对激励弯曲的ＥＡＰ材料。

它使用感应卷来提供能量，该能量卷从上到下绕满了鱼槽并施加了电压。

这种机器鱼是该领域的一座里程碑，因为它是第一例报道过的使用电敏感材料致动器的商用产品。

图ｌ一１第一个商用的ＥＡＰ产品一机器鱼中国科学技术大学硕士学位论文图１．２是一个离子ＥＡＰ的响应例子。

在图１－２中，一个海星形状的ＩＰＭＣ（离子聚合物一金属合成物）显示了明显的弯曲。

弯曲方向依赖于电压极性。

图ｌ－２ＩＰ眦多指海星最值得一提的是在２００４年美国新墨西哥州举行的ＥＡＰＡＤ会议的ＥＡＰ．ｉｎ－Ａｃｔｉｏｎ会议上，美国环境机器人公司展示了ＥＡＰ驱动的角力手臂，如图１－３所示。

这种角力手臂有和人类平均手臂的一样的大小和形状，它使用传导聚丙烯腈ＥＡＰ来驱动。

这种ＥＡＰ材料在实验中产生了近乎２００％的线性应变以及比人类肌肉还要大的力量。

基于介电弹性体面积应变特性的实验研究作者：胡意立，沈燕青，欧阳杰来源：《科技创新导报》 2011年第10期胡意立沈燕青欧阳杰(浙江师范大学工学院浙江金华 321004)摘要:电场活化聚合物在直流电场作用下会产生大幅度的应变,通过本次实验研究影响介电弹性体材料激活区(电极涂层区域)面积应变的主要因素,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。

文中对材料分别从单轴预拉伸、均匀双轴预拉伸、非均匀双轴预拉伸等方面作实验分析。

关键词:介电弹性体预拉伸电极材料面积应变中图分类号:TM282 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)04(a)-0044-021 引言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。

其中介电弹性体被认为是最具前景的一类材料,其中以丙烯酸弹性体和硅树脂弹性体最具有代表性。

介电弹性体既可正向使用,其特性柔软、质量轻,被称为人造肌肉,在未来新一代柔性致动器、传感器领域极赋应用潜力,例如可用于微小型机械、机器人,尤其是仿生机器人的柔性电致动。

介电弹性体材料两个相对表面覆盖上柔性电极,当电极上施加电压时,弹性体将发生厚度和面积的变化:厚度减小而面积扩大。

其原理如下:当电极上施加电压时,上下两个电极上的异性电荷相互吸引而每个电极上的同性电荷相互排斥,当这个力足够大时就能观察到介电膜明显的运动。

当然,覆盖在两个面上的电极必须是柔性的。

弹性体材料膜型驱动器就是依据这种原理制成的。

目前,对介电弹性体材料的研究主要集中在驱动领域,如美国的斯坦福研究所、伊利诺斯州大学,欧洲的爱尔兰、英国、意大利等国家及日本的几个公司。

其中,美国的AMI(Artificial Muscle Inc.)公司专门开发基于电活性聚合物的新型技术平台,目前服务于基于该材料的包括工业、医疗、消费、汽车及航天等领域的大约40亿美元的市场,但是我国在该领域开展的研究很少。

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【期刊名称】《材料科学与工程学报》【年(卷),期】2018(036)001【摘要】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.【总页数】4页(P31-34)【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】TB381【相关文献】1.介电弹性体圆柱形驱动器静态特性分析 [J], 罗华安;王化明;游有鹏2.介电弹性体驱动器动态电压下的变形特征及击穿行为研究 [J], LIU Xuejing;JIA Shuhai;LI Bo;CHEN Hualing3.TiO2/硅橡胶复合型介电弹性体动态粘弹性的电场依赖性 [J], 高诚志;董旭峰;齐民4.高压SiC器件封装用有机硅弹性体高温宽频介电特性分析 [J], 刘东明;李学宝;顼佳宇;毛塬;赵志斌5.球壳形介电弹性体驱动器电致应变特性分析 [J], 樊亚玲;杨宏亮因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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。

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]。

介电性弹性体的研究进展
刘浩亮;于迎春;颜莎妮;张立群;田明
【期刊名称】《特种橡胶制品》
【年(卷),期】2011(32)1
【摘要】综述了介电弹性体的种类、性能、制备方法与主要发展方向,概述了介电弹性体驱动性能的表征方法,提出了制备高介电低模量介电弹性体的几点建议。

【总页数】6页(P71-76)
【关键词】介电弹性体;介电常数;模量;击穿电压
【作者】刘浩亮;于迎春;颜莎妮;张立群;田明
【作者单位】北京化工大学碳纤维及功能高分子教育部重点实验室;北京化工大学北京市新型高分子材料制备与加工重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TQ334.9
【相关文献】
1.电活性介电弹性体的本构理论和稳定性研究进展 [J], 刘立武;李金嵘;吕雄飞;李丰丰;刘彦菊;冷劲松;
2.高电驱动应变介电弹性体材料研究进展 [J], 刘雷鹏;刘锦茹;吕生华;雷颖;谢蕊颖;张康宁
3.高电驱动应变介电弹性体材料研究进展 [J], 刘雷鹏;刘锦茹;吕生华;雷颖;谢蕊颖;张康宁
4.基于介电弹性体的驱动器研究进展 [J], 邓亚峰;周洪福;李全来;李建
5.高电致形变介电弹性体的研究进展 [J], 杨丹;张立群
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全有机三组分介电渗透复合材料及其高机电响应电活性聚合物能将能量以电荷和电压的形式转换到机械能，反过来也是一样。

在最近几年中，一些可以由外部电场控制响应的电活性制动材料引起了很大的兴趣。

但是，这些电活性聚合物的缺点是它们需要很高的操作电场（>100 V/µm）来产生高应变与所需的弹性能量密度远高于目前可用的压电材料（弹性能量密度>0.1J/cm3）。

就像早起出版物所提到的一样，需要如此高电场的原因是这些电活性聚合物的低介电常数。

从节能方面来讲，电活性聚合物产生的弹性能量密度无法超过输入的电能密度，即线性电介质中K∈0E2/2，其中K是介电常数，∈0=8.85×10−12F/m,E位外加电场。

这个简单的事实指出提高电活性聚合物的介电常数以此来获得在低施加电场下高机电响应的重要性。

最近，高介电和机电响应已经在双组份复合材料中得到证实。

尤其的，有一种双组份渗透复合，由导电聚合物微粒 [聚苯胺（PANI）]分散在铁电聚合物基质中，相较于聚合物基体（~50），大幅度提高了其介电常数（>1000）。

在绝缘材料中混入导电性填料，介电常数的变化已被预测到遵循复合材料的导电性能与填料的浓度的关系，其中K m是基体的介电常数，q是临界指数，f c是导电渗透阈值。

（1）由方程（1）可以看出，一个高的基体介电常数K m是得到渗透复合材料高介电常数的必要条件，甚至当导电填料的浓f不是很接近f c。

例如，以前对于双组份渗透性复合材料的调查，聚（VDF-TrFE-CTFE）三元共聚物作为聚合物基体，其具有相对较高的室温介电常数（~50）。

不幸的是，大多数传统介电聚合物和弹性体都有很低的介电常数（<10）。

这意味着如果它们被用作基体，为了得到高介电常数，导电聚合物的体积分数就必须要十分接近渗透阈值f c。

但是，当f接近f c，复合材料将对成分变化十分敏感,并且击穿电场也将变得变得十分得低，着两点都不是复合材料机电应用所期望的。

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。

介电弹性体发电机机电转换效率研究介电弹性体发电机机电转换效率研究概述：介电弹性体发电机是一种新型的机电能量转换装置，利用介电弹性体材料在受力变形时产生电荷分离和电位差的特性，将机械能转化为电能。

在能量转换过程中，机电转换效率是一个关键指标，它决定了发电机的性能和应用范围。

本文通过探究和分析介电弹性体发电机机电转换效率的影响因素，旨在提高发电机的转换效率，优化其工作性能。

一、介电弹性体发电机的工作原理介电弹性体发电机是通过引入介电材料和金属电极构成的三明治结构实现能量转换的。

当外力作用在介电材料上时，介电材料会发生变形，使其内部的正负电荷发生分离，形成电势差。

通过接线可以将这个电势差的能量输出，转化为电能。

这种工作原理基于Maxwell方程组，其中介电弹性体的非线性效应是基本前提。

二、机电转换效率的计算及影响因素分析机电转换效率（efficiency）是指通过机电能量转换装置转换的能量输出与输入能量之比。

计算公式为：efficiency = 输出电功/输入机械功影响机电转换效率的因素主要有以下几个方面：1. 介电弹性体的性质：材料的电导率、弹性模量、介电常数等都会对机电转换效率产生影响。

材料的电导率越高，电荷迁移越顺畅，从而提高机电转换效率。

而材料的弹性模量和介电常数则直接影响材料的机械性能和电极之间的电荷分离能力。

2. 外部加载电路：外部电路对机电转换效率也有影响。

当外部加载电阻与介电材料的等效电阻匹配时，机电转换效率可以达到最大值。

而当外部电路电阻过大或过小时，会降低机电转换效率。

3. 工作频率：介电弹性体发电机的工作频率对机电转换效率也有一定影响。

在一定范围内，随着频率的增加，机电转换效率会逐渐增加。

但当频率过高时，机电转换效率会开始下降。

三、提高机电转换效率的方法及应用前景目前，为了提高机电转换效率，在实践中采取了以下几种方法： 1. 优化电极设计：通过设计更合理的电极结构，可以减小电极之间的电场均匀性差异，提高电势差的积累效果，从而提高机电转换效率。