铁电聚合物增强的介电弹性体复合材料的电热效应及其制冷器优化设计

基本信息
批准号:11772109
项目类别:面上项目
资助金额:65.00
负责人:刘立武
学科分类:
依托单位:哈尔滨工业大学
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:樊久铭,张志春,候广华,赵伟,吕雄飞,李丰丰,林程,张豆
关键词:
稳定性铁电聚合物制冷器介电弹性体复合材料电热效应
结项摘要

When subjected to external electrical field, dielectric material is will show change in both temperature and entropy since the dipoles experience rearranging from disordered state to ordered state, and this is the process for electrocaloric effect. Ferroelectric polymers and dielectric elastomers are two typical soft materials which have obvious electrocaloric effect suggesting its great potential to be applied in solid-state refrigeration. In this project, ferroelectric polymers subjecting electrical field with great electrocaloric effect and dielectric elastomers with large deformation characteristic are referred to, and a study on the electrocaloric effect of dielectric elastomer composite reinforced with ferroelectric polymer with their cooling devices design is developed. With theoretical, numerical and experimental approaches, a basic thermodynamics theoretical system for electrothermal materials using dielectric elastomer composite is established, the three dimensional constitutive equations under multi-field coupling are constructed and improved, and temperature and entropy variations under electronic field are calculated; dielectric elastomer composite reinforced with ferroelectric polymer with good electrocaloric effect is designed and fabricated, an experimental project is designed and then temperature and entropy variations are tested, and a comparison is given between theoretical and experimental results; finally, a thermodynamics cycling for energy transformation based on dielectric elastomer composite is established, and then refrigeration’s failure model is constructed and the allowable energy area is plotted, the optimization design theory for the cooling devices will also be proposed, the refrigeration is fabricated and refrigeration performances are tested.

电热效应是指在电介质上施加电场,由于偶极子从无规则到有规则排序而引起的温度变化和熵变化的现象。铁电聚合物和介电弹性体是两种典型的软材料,施加电场后具有较大电热效应,在固态制冷领域应用潜力巨大。本项目结合施加电场后的铁电聚合物具有大电热效应和介电弹性体具有大变形的特点,开展铁电聚合物薄膜增强的介电弹性体复合材料电热效应及其制冷器优化设计的研究。拟通过理论、数值和实验相结合的手段,建立描述介电弹性体复合材料电热材料的热力学基本理论框架,构建并完善其在多场耦合作用下的三维本构理论,计算电场作用下温度变化和熵变化;优化设计和制备具有大电热效应的铁电聚合物增强的介电弹性体复合材料,设计实验方案并测试其温度变化和熵变化,并与理论结果相互印证;建立介电弹性体复合材料制冷器进行能量转化的热力学循环,构建其制冷器的失效模型和描绘能量许用区域,提出其制冷器优化设计理论,研制制冷器并进行制冷性能测试。

项目摘要

电热效应是指在电介质上施加电场,由于偶极子从无规则到有规则排序而引起的温度变化和熵变化的现象。铁电聚合物和介电弹性体是两种典型的软材料,施加电场后具有较大电热效应,在固态制冷领域应用潜力巨大。本项目结合施加电场后的铁电聚合物具有大电热效应和介电弹性体具有大变形的特点,开展铁电聚合物薄膜增强的介电弹性体复合材料电热效应及其制冷器优化设计的研究。拟通过理论、数值和实验相结合的手段,建立描述介电弹性体复合材料电热材料的热力学基本理论框架,构建并完善其在多场耦合作用下的三维本构理论,计算电场作用下温度变化和熵变化;优化设计和制备具有大电热效应的铁电聚合物增强的介电弹性体复合材料,设计实验方案并测试其温度变化和熵变化,并与理论结果相互印证;建立介电弹性体复合材料制冷器进行能量转化的热力学循环,构建其制冷器的失效模型和描绘能量许用区域,提出其制冷器优化设计理论,研制制冷器并进行制冷性能测试。考虑阻尼效应和应变硬化研究了介电弹性体球的非线性动力学行为;计算了粘弹性介电弹性体充气球在气压和电场作用下的非规则鼓胀变形;构建介电弹性体/弹簧卷形驱动器的热力学控制方程,设计电驱控介电弹性体软体机器人;开发了利用眼电信号来控制基于介电弹性体的仿生透镜的运动与焦距变化的控制策略;建立了温度场、电场、力场耦合的介电弹性体经历极化饱和的理论模型;建立了拮抗构形锥形驱动器的理论模型,基于该驱动器设计了一种仿心脏的泵。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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