超大电致变形的介电弹性体及其复合材料的机理研究和制备

介电弹性体(Dielectric elastomers，DE)在电场作用下可以产生较大变形，具有高弹性能密度、超短反应时间、高效率等优点，常被用来制造驱动器，传感器和能量收集器，在智能仿生、微机械工程和航空航天等领域具有巨大的应用潜力。本项目针对现有介电弹性体的电致变形不能满足实际应用这一难题，提出介电弹性体及其复合材料产生超大电致变形的机理研究和实验研究。建立介电弹性体产生超大电致变形的机理，设计和制备出能够达到300%-700%电致变形的介电弹性体复合材料和结构。介电弹性体在电场作用下经历超大变形时，将导致弹性体自身的温度变化和熵变化，如果温度变化较大，将影响材料的电学性能和力学性能。因此，需要计算出介电弹性体在电场作用下的熵和温度的变化。同时，本课题提出超大变形的介电弹性体应用器件的优化设计理论，并设计和制备高性能大变形的应用器件。

摘要：介电弹性体(Dielectric elastomers，DE)属于电子型电致活性聚合物，在电场作用下可以产生较大变形，具有高弹性能密度、超短反应时间、高效率、轻质量、低价格、易于加工和成形等优点，常被广泛应用于制造驱动器，传感器和能量收集器等方面，在智能仿生、微机械工程和航空航天等领域具有巨大的应用潜力。本项目针对现有介电弹性体的电致变形不能满足实际应用这一难题，进行了介电弹性体及其复合材料产生超大电致变形的机理研究和实验研究，建立了介电弹性体产生超大电致变形的机理，完成了介电弹性体电致变形电击穿理论研究，深入探讨了预拉伸，长短链、拉伸极限和极化饱和对介电弹性体电致变形的影响；设计和制备出具有大电致变形的介电弹性体复合材料，并对材料进行了力学性能、电学性能及其介电性能的性能测试,初步计算了由于施加电压后介电弹性体的温度变化和熵变化；同时，基于热力学理论和介电弹性体非线性场理论，建立了等温状态下超大变形的介电弹性体应用器件的非线性平衡方程，通过对每种失效模式的影响因素的研究，提出了超大变形的介电弹性体应用器件的优化设计理论，设计和研制出基于介电弹性体电致活性聚合物弯曲结构驱动器。