目錄
前言
第1章 緒論1
1.1 介電彈性體材料及其基本特性 3
1.1.1 DE材料聚合物薄膜 4
1.1.2 DE材料的柔性電極 6
1.2 DE材料的研究進(jìn)展 8
1.2.1 新型DE材料研發(fā)的進(jìn)展 8
1.2.2 DE材料電致變形性能的研究進(jìn)展 10
1.2.3 DE材料變形機(jī)理的研究進(jìn)展 13
1.2.4 DE材料力電耦合理論研究進(jìn)展 14
1.3 DE材料的發(fā)展前景 16
參考文獻(xiàn) 18
第2章 DE材料電致變形力電耦合模型及穩(wěn)定性 22
2.1 DE材料力電耦合模型發(fā)展歷程 22
2.2 基于熱力學(xué)理論的DE材料電致變形力電耦合模型 24
2.2.1 基于DE材料的平面驅(qū)動器熱力學(xué)模型 24
2.2.2 DE材料應(yīng)變能模型 27
2.3 DE材料力電耦合變形的穩(wěn)定性 29
2.3.1 DE材料的失穩(wěn)現(xiàn)象 29
2.3.2 DE材料失穩(wěn)機(jī)理 33
2.3.3 非線性極化對突跳失穩(wěn)的影響 37
2.4 DE材料力電耦合失穩(wěn)現(xiàn)象的利用 42
2.4.1 突跳失穩(wěn)的利用 42
2.4.2 凹坑失穩(wěn)的利用 43
2.5 本章小結(jié) 45
參考文獻(xiàn) 46
第3章 DE材料的基本力電性能 49
3.1 DE材料的力電性能實驗方法概述 49
3.1.1 DE材料介電性能測試的實驗儀器及方法 49
3.1.2 DE材料力學(xué)性能測試的實驗儀器及方法 51
3.2 頻率對DE材料力電特性的影響 53
3.2.1 頻率對DE材料介電性能的影響 53
3.2.2 頻率對DE材料力學(xué)性能的影響 56
3.3 溫度對DE材料力電特性的影響 57
3.3.1 溫度對DE材料介電性能的影響 57
3.3.2 溫度對DE材料力學(xué)性能的影響 60
3.4 預(yù)拉伸對DE材料力電特性的影響 62
3.4.1 預(yù)拉伸對DE材料介電性能的影響 62
3.4.2 預(yù)拉伸對DE材料力學(xué)性能的影響 64
3.5 DE材料的力電耦合效率 64
3.5.1 DE材料的應(yīng)變系數(shù) 64
3.5.2 DE材料的機(jī)械效率 66
3.5.3 DE材料的電效率 68
3.5.4 DE材料的力電耦合效率 69
3.6 DE材料的電荷泄漏性能 70
3.7 本章小結(jié) 76
參考文獻(xiàn) 77
第4章 預(yù)拉伸對DE材料力電耦合特性影響的分析 80
4.1 預(yù)拉伸對固體電介質(zhì)極化的影響 80
4.1.1 極化的微觀機(jī)理和表達(dá) 80
4.1.2 極化內(nèi)微觀電場和宏觀電場的關(guān)系 81
4.2 高分子聚合物材料的制約取向極化行為 84
4.2.1 制約取向極化現(xiàn)象 84
4.2.2 DE材料制約取向極化數(shù)學(xué)模型 85
4.2.3 預(yù)拉伸對取向極化的影響 87
4.3 預(yù)拉伸對力電耦合變形和穩(wěn)定性的影響 88
4.3.1 考慮制約取向極化的DE材料本構(gòu)關(guān)系 88
4.3.2 預(yù)拉伸對電致變形與穩(wěn)定性的影響 89
4.4 預(yù)拉伸對DE材料力學(xué)性能及力電耦合行為的影響 91
4.5 預(yù)拉伸的實現(xiàn)技術(shù) 93
4.5.1 機(jī)械預(yù)拉伸技術(shù) 93
4.5.2 雙網(wǎng)絡(luò)互穿聚合物的預(yù)拉伸技術(shù) 95
4.6 本章小結(jié) 96
參考文獻(xiàn) 96
第5章 溫度對DE材料力電耦合特性影響分析 98
5.1 溫度對DE材料力電耦合特性的實驗研究 98
5.1.1 實驗平臺及試件 98
5.1.2 DE材料力電耦合特性實驗結(jié)果 100
5.2 DE材料熱-力-電耦合理論模型 101
5.2.1 DE材料的熱-力-電的自由能模型 101
5.2.2 DE材料熱-力-電耦合本構(gòu)方程 102
5.3 溫度對DE材料力電耦合穩(wěn)定性的影響 104
5.3.1 溫度對力電失穩(wěn)的影響 105
5.3.2 溫度對失去張力失穩(wěn)現(xiàn)象的影響 106
5.3.3 溫度對電擊穿失效的影響 107
5.3.4 溫度對材料機(jī)械強度極限的影響 110
5.3.5 穩(wěn)定性區(qū)域 110
5.4 溫度及預(yù)拉伸對DE材料力電耦合性能的影響 112
5.4.1 溫度及預(yù)拉伸變形對DE材料介電常數(shù)的影響 112
5.4.2 溫度及預(yù)拉伸變形影響下的DE材料力電耦合特性 113
5.5 本章小結(jié) 117
參考文獻(xiàn) 117
第6章 DE材料的黏彈性及其對性能的影響分析 119
6.1 黏彈性DE的力電耦合模型 119
6.2 黏彈性對DE材料預(yù)拉伸作用的影響 123
6.2.1 黏彈性引起的DE材料松弛變形對預(yù)拉伸作用的影響 123
6.2.2 黏彈性對預(yù)拉伸后DE材料介電強度的影響 123
6.2.3 黏彈性對預(yù)拉伸后DE材料力電耦合失穩(wěn)的影響 125
6.3 直流電壓下DE材料的蠕變行為及其抑制方法 127
6.4 交流電壓下的DE材料的蠕變行為及其抑制方法 130
6.4.1 控制方程的建立 130
6.4.2 數(shù)值計算結(jié)果和討論 132
6.5 本章小結(jié) 137
參考文獻(xiàn) 137
第7章 DE材料的動態(tài)特性分析 139
7.1 DE材料驅(qū)動器的動力學(xué)建模方法 139
7.1.1 基于虛功原理的DE材料驅(qū)動器建模方法 139
7.1.2 基于歐拉-拉格朗日方程的DE材料驅(qū)動器建模方法 141
7.2 DE材料的非線性動態(tài)特性 144
7.2.1 DE材料驅(qū)動器的固有頻率分析 144
7.2.2 DE材料驅(qū)動器的非線性動態(tài)響應(yīng)特性分析 146
7.3 溫度對DE材料驅(qū)動器動態(tài)特性的影響 154
7.4 頻率對DE材料驅(qū)動器動態(tài)特性的影響 157
7.5 本章小結(jié) 160
參考文獻(xiàn) 160
第8章 DE材料電荷驅(qū)動及電荷泄漏的影響 162
8.1 電荷驅(qū)動下的DE材料驅(qū)動器 162
8.1.1 電荷驅(qū)動下DE材料的力電耦合模型 162
8.1.2 電荷驅(qū)動和電壓驅(qū)動下DE材料的力電耦合行為比較 165
8.2 DE材料的電荷泄漏特性 167
8.3 電荷泄漏對電荷驅(qū)動下DE材料性能的影響及補償方法 170
8.3.1 電荷泄漏對DE材料性能的影響 170
8.3.2 面向穩(wěn)定變形的電荷泄漏補償方法 173
8.4 電荷泄漏對DE材料動態(tài)性能的影響 175
8.5 本章小結(jié) 180
參考文獻(xiàn) 180
第9章 不同變形條件下DE材料的力電耦合特性 181
9.1 不同變形模式下DE材料的靜態(tài)變形行為 181
9.1.1 DE材料驅(qū)動器的不同變形模式 181
9.1.2 不同變形模式下的力電耦合分析模型 183
9.1.3 不同變形模式下力電耦合行為分析 186
9.2 不同力學(xué)邊界下DE材料驅(qū)動器的動態(tài)特性 188
9.2.1 彈簧邊界 189
9.2.2 阻擋力邊界 192
9.2.3 雙DE材料薄膜構(gòu)成的邊界 193
9.3 DE材料的離面起皺現(xiàn)象 199
9.3.1 不規(guī)則的起皺現(xiàn)象 200
9.3.2 規(guī)則的褶皺現(xiàn)象 206
9.4 本章小結(jié) 210
參考文獻(xiàn) 211
第10章 DE材料驅(qū)動器力電耦合大變形有限元數(shù)值模擬及應(yīng)用 213
10.1 引言 213
10.2 DE材料力電耦合大變形分析理論 214
10.3 有限元離散及迭代求解 216
10.4 DE材料本構(gòu)關(guān)系 218
10.5 DE材料力電耦合大變形數(shù)值模擬算例 219
10.6 本章小結(jié) 226
參考文獻(xiàn) 226
第11章 離子導(dǎo)體驅(qū)動DE的基本理論及其應(yīng)用 228
11.1 引言 228
11.2 離子導(dǎo)體驅(qū)動DE的基本理論 230
11.2.1 離子導(dǎo)體驅(qū)動DE的工作原理 230
11.2.2 離子導(dǎo)體驅(qū)動DE熱力學(xué)理論 232
11.3 離子導(dǎo)體性能及其對DEA的影響 235
11.3.1 離子導(dǎo)體的穩(wěn)定性 235
11.3.2 離子導(dǎo)體對DEA力電耦合變形的影響 238
11.4 離子導(dǎo)體的應(yīng)用 239
11.4.1 離子導(dǎo)體驅(qū)動的DE傳感器和離子導(dǎo)線 239
11.4.2 離子導(dǎo)體驅(qū)動的柔性DE電致發(fā)光器件 241
11.5 本章小結(jié) 242
參考文獻(xiàn) 243
第12章 基于DE材料的驅(qū)動器結(jié)構(gòu)設(shè)計 245
12.1 單層DE材料驅(qū)動器結(jié)構(gòu)設(shè)計 245
12.1.1 單層DE材料面內(nèi)變形驅(qū)動器 245
12.1.2 單層DE材料面外變形驅(qū)動器 251
12.2 多層堆棧式DE材料驅(qū)動器結(jié)構(gòu)設(shè)計 253
12.2.1 多層DE材料堆棧式結(jié)構(gòu)制備方法 254
12.2.2 多層DE材料堆棧式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用 257
12.3 圓柱形DE材料驅(qū)動器結(jié)構(gòu)設(shè)計 260
12.3.1 圓柱形DE材料直線驅(qū)動器 260
12.3.2 圓柱形DE材料彎曲驅(qū)動器 263
12.4 本章小結(jié) 268
參考文獻(xiàn) 269
第13章 基于DE材料的能量收集理論與實踐 271
13.1 基于DE材料的能量收集工作原理 272
13.2 基于DE材料的能量收集系統(tǒng)在不同變形模式下的能量計算 277
13.3 基于DE材料的能量收集國內(nèi)外研究進(jìn)展 281
13.3.1 基于DE材料能量收集行為的理論研究進(jìn)展 282
13.3.2 基于DE材料能量收集的結(jié)構(gòu)設(shè)計研究 284
13.3.3 面向DE材料能量收集的電路研究 292
13.4 基于DE材料的能量收集實驗 295
13.5 本章小結(jié) 300
參考文獻(xiàn) 301
第14章 基于DE材料的傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計 305
14.1 DE材料的傳感原理 305
14.2 平面形DE材料傳感器 306
14.2.1 壓力傳感器 306
14.2.2 拉伸傳感器 309
14.2.3 多功能傳感器 311
14.3 筒形DE材料傳感器 314
14.4 具有表面微結(jié)構(gòu)的DE材料傳感器 316
14.5 DE材料傳感器的電容測量技術(shù) 319
參考文獻(xiàn) 322