介电弹性体卷形驱动器的设计制造及其性能测试.pdfVIP

介电弹性体卷形驱动器的设计制造及性能测试① 张震1刘立式2刘彦菊2，冷劲松1 (1 哈尔滨T业大学航天学院航天科学与力学系，哈尔滨 150001； 2哈尔滨工业人学航天学院复合材料研究所，哈尔滨 150001) 摘要介电弹性体丙烯酸材料是一种薄膜状的电致活性聚合物智能材料，在外加高电 场诱导下它能够产生较大的变形。用介电弹性体丙烯酸材料制造的驱动器具有变形量大、驱 动力大、响应速度快、可塑性好、弹性能密度高、效率高、疲劳寿命高等优点件。在介电弹 性体丙烯酸材料薄膜两个相对表面覆盖上柔性电极，施加电压时。由于静电力作用，上下两个 表面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使弹性体薄膜厚度减小 而面积扩大，能够产生较大的垂直于电压方向的面积应变。本文给出利用介电弹性体丙烯酸 材料和柔性弹簧制造卷形线形驱动器的具体制造方法，对制造出的驱动器进行电致变形实验 和性能测试，得到驱动器的基本性能。本文研究了丙烯酸材料预应变不同对驱动器的性能的 影响。 关键词驱动器 丙烯酸介电弹性体电致活性聚合物 压的函数【l】，具体表述如下： 0前言 (-， p=岛qE2=岛q(等)2 近十年来电致活性聚合物(EAP)以其可以在 外加电场诱导下产生较人的应变和作用力【l】而吸引 式中：晶和e分别是真空介电常数和介电弹性体的 了科学家和研究人员的眼球。它是一种智能材料， 相对介电常数；E为所施加的电场强度：V为所施 能在外界的电场诱导条件下改变形状或体积，而当 加的电压；t为薄膜厚度。 外界电场撤销时，它又能恢复到原来的形状和体 严格来讲，等式中的有效压力P是在薄膜厚度 方向的压缩和在平面方向的拉紧而产生的。但由于 积，因此，EAP可以朋米作为智能驱动器12j。EAP 材料与压电、铁电材料相比，可以产生较火的应变 两个模型结合在一张薄膜中，单纯考虑在厚度方向 及作用力，且具有质量轻、价格低、运动灵活、易 压缩产生的有效压力更为方便。聚合物产生的应变 于加工，易于成形的优点，近年来吸引了不少研究 与边界条件与聚合物负载有关，而且，该应变也与 工作者对其开展研究，是一种非常有戍．Hj滞力的智 聚合物弹性模量有关，而弹性模量在大鹿变中是非 能材料。从最早出现的人工肌肉、机器鱼、充气垫、 线性的。目前所采用的聚合物在电致驱动时需要预 充气塞、充气望远镜、机器手臂、模拟手臂到随后 加戍变。这些预应变可能是各向异性的，并且可能 导致有效弹性模量也是各向异性的。由于这些原 EAP被设想鹿用于航空、汽车、医J}}j、机器人、智 能农物、触摸传感器【3】等各个方面。部分电致动聚 冈，要为所产生的应变写一个基本方程几乎是不可 合物还应J}}j于传感器，而且在仿生领域具有广阔的 能的【3．5】。介电弹性体在几个方面拥有的卓越表现： 应用。 如高麻变与应力【6l、快速反应时间、高的功率、可 靠性与稳定性【7J等使得它们在活性聚合物应用中大 1 基本原理 放异彩。 由介电弹性体驱动器的静电学模型，可以得到 2介电弹性体卷形驱动器的制备 薄膜上所加电极产生的有效压力，它是关于应阚电