在这项工作中，我们提出了一种新的有限元框架，用于模拟电活性聚合物材料中耦合的静态和动态机电相互作用。为了模拟eap的不可压缩特性，需要一个双字段混合位移-压力公式，它与常用的混合三字段和采用F -bar公式，适用于几乎不可压缩和完全不可压缩材料。在空间离散化方面，采用了创新的二次bsamizier三角形和四面体单元。采用单片方案求解耦合机电问题的控制方程;对于弹性动力学模拟，采用了最先进的隐式时间积分。通过对弹性静力学中的球面夹持器和弹性动力学中的介电泵的仿真，验证了所提框架的精度和计算效率。
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为我新的初级研究小组"MEiTNER -下一代软机器人多功能介电弹性体电子学"，我正在德累斯顿工业大学寻找两名博士候选人。这些职位提供全额工资和所有德国社会保障。
顾国英
科学机器人技术
第3卷，第25期eaat2874
现有能够爬墙的机器人大多依赖于刚性驱动器，如电动机，但基于类肌肉驱动器的软壁机器人尚未实现。在这里，我们报道了一种系绳软机器人，它能够以90°的速度以高达0.75体长/秒的速度爬上由木头、纸和玻璃制成的墙壁，并能进行多模式运动，包括爬、爬和转弯。这种软壁攀爬机器人是由(i)产生软机器人身体快速周期性变形的介电弹性体人造肌肉，(ii)使机器人不同部位在墙壁上的粘附具有时空控制的电粘附脚，以及(iii)同步身体变形和脚电粘附以稳定攀爬的控制策略实现的。我们进一步证明，我们的软体机器人可以携带相机在垂直隧道中拍摄视频，改变其身体高度以在密闭空间中导航，并遵循迷宫般的平面轨迹。我们的软体机器人模仿了软体生物的垂直攀爬能力和敏捷的自适应运动。
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介电弹性体由于其机电特性在厚和薄(褶皱)状态之间发生相变。在夹紧的圆形介电弹性体膜上进行的实验中，我们观察到，在接近不连续相变临界电压的恒定电压下，膜上的不同位置开始产生皱纹，它们在膜上移动，与共存的平面状态互换，形成动态图案。在不同的预拉伸下，我们也观察到不同波长的褶皱状态(褶皱-褶皱不连续过渡)之间存在类似的共存和动态模式。已经建立了解析模型和有限元模型来解释平皱过渡和预拉伸对它们的影响。考虑速率相关变形的粘弹性模型可能有助于解释起皱-起皱转变。
张志强。蒋富C，朱杰，古普塔，2017。介质弹性体皱折的动态模式。软物质< / >。doi:10.1039/C7SM00198C
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我们介绍了一种透明的，高度可拉伸的离子导体，通过利用离子-偶极子相互作用作为自愈的动态键，具有自主自愈能力。该材料可承受超过5000%的极端应变，离子电导率为10 - 4 S cm - 1，在可见光谱上具有较高的透明度，平均透过率为92%。更重要的是，在室温下，无需任何外界刺激，材料在24h内即可完全修复力学性能。我们展示了透明、自我修复、高度可拉伸的离子导体的独特组合，当用于电激活透明人造肌肉时，它可以在严重的机械损伤后自主愈合。
介电弹性体执行器的视频可以在这里看到:
< A href="https://www.youtube.com/watch?v=V4qCxOB3EVI">https://www.youtube.com/watch?v=V4qCxOB3EVI
这篇论文，这是加州大学河滨市的Chao Wang教授小组和科罗拉多大学博尔德分校的Christoph Keplinger教授小组合作的结果，现在在线先进材料 (DOI:10.1002/adma.201605099):
论文:< a href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201605099/full">http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201605099/full
支持信息:
支持视频:
http://onlinelibrary.wiley.com/store/10.1002/adma.201605099/asset/supinf...
http://onlinelibrary.wiley.com/store/10.1002/adma.201605099/asset/supinf...
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| Cao_et_al-2016-Advanced_Materials.pdf | 2.14 MB |
研究领域: 介电弹性体、智能聚合物、EAPs能量收集、软驱动、水凝胶/导电聚合物、聚合物纳米复合材料、介电/压电材料。
Dr。Suryakanta Nayak
博士后研究员
新加坡国立大学机械工程系
新加坡117576< br />电子邮件:suryakanta.iitkgp@gmail.com / mpesn@nus.edu.sg
如需详细简历请联系我。关于我的发表记录，请查看我的个人网页。< / span > < br / > < / span > < / p > < p > < / p > < / div > < / div > < / div >
p。I. Galich和S. Rudykh， 通过外部电刺激控制介电弹性体的压力和剪切波。国际固体与结构杂志， 91，18 - 25 (2016)
基于头足类动物的机电化学响应弹性体设计
王启明， Gregory R. Gossweiler, Stephen L. Craig*，万博manbetx平台赵炫和*头足类动物可以通过选择性收缩肌肉来可逆地激活皮肤下含有色素的细胞，从而显示出令人眼花缭乱的颜色图案。受这种在自然界中发现的新颖着色策略的启发，我们设计了一种电-机械-化学反应弹性体系统，该系统可以在电场控制下显示出各种各样的荧光模式。我们将可拉伸弹性体与机械致变色分子共价偶联，如果变形足够大，就会发出强烈的荧光信号。然后，我们使用电场在弹性体表面诱导各种大变形模式，从而根据需要显示多种荧光模式，包括线条，圆圈和字母。进一步建立理论模型来预测电致荧光模式，并指导这类弹性体和器件的设计。该材料和方法为在软/湿环境中创建柔性设备开辟了有前途的途径，该设备将变形、比色和荧光响应与响应单个远程信号的拓扑和化学变化相结合。
对应邮箱:< a href = " mailto: zhaox@mit.edu " > zhaox@mit.edu < / >, < a href = " mailto: stephen.craig@duke.edu " > stephen.craig@duke.edu < / > < / p > < p > < a href = " http://www.nature.com/ncomms/2014/140916/ncomms5899/abs/ncomms5899.html " >自然通讯,5,4899 (2014)< / > < / p > < p > < a href = " http://www.web.mit.edu/zhaox/www/papers/68.pdf " > PDF < / >, < a href = " http://www.web.mit.edu/zhaox/www/papers/68_s.pdf " > < / >,支持信息< a href = " http://www.web.mit.edu/zhaox/www/video/68_SM01.mov " >视频1 < / >, Video 2, Video 3, Video 4
This work has been reported by MIT Featured News, The Washington Post, Wall Street Journal, The Slate, Gizmodo, IFLScience and more
You may watch the video on Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=kM-e2j8Equg
由软介质和两个共形
电极组成的高度可变形电容器可以通过一阶跃变在两种状态之间不连续地切换，随着总
电荷逐渐变化。当总电荷较小时，它均匀地分布在
电容器的面积上，电容器变形均匀。当总电荷较大时，它定位于电容器
的一个小区域，该区域优先变薄。如果电极面积小，电容器将
在定位后不发生电击穿。这样的
双稳态系统可能会产生有用的器件。
吕同庆，Christoph Keplinger, Nikita Arnold, Siegfried Bauer, sozhigang。高变形介电弹性体的电荷局域不稳定性。应用物理学报，33(4):444 - 444。我希望在软活性材料计算建模领域招募一名新的博士生。该职位最早将于2014年1月开始，或者在2014年9月开始。该职位的要求包括能够使用c++编程，了解非线性有限元方法和连续介质力学，并具有良好的固体力学背景。如果有兴趣，请通过parkhs(at)bu.edu与我联系，并附上一份简历和你以前的研究经历的描述。
我对这个话题所做的相关研究可以在这个网页上找到:
http://people.bu.edu/parkhs/soft_materials_papers.html我的公司迫切需要找到一个个人或组织，可以为一个
研发项目制造几百个小型介电弹性体传感器。这项工作可以按合同进行。我们已经开始制作我们自己的
，但很明显，有一个学习曲线，加上
大量的试验和错误，我们的时间很短。
如果您认为您可能能够使他们或如果您可以建议
某人请发送电子邮件:filardo(at)pliantenergy.com
谢谢，
B.P.变动。< / span > < / p > < p >的能源系统< / p > < p >正常< br / > 0 < / p > < p >假< br / >假< br / >假< / p > < p > en - us < br / > X-NONE < br / > X-NONE < / p > < p > / *样式定义* / < br / >表。MsoNormalTable < br / > {mso-style-name:“表正常”;< br / > mso-tstyle-rowband-size: 0; < br / > mso-tstyle-colband-size: 0; < br / > mso-style-noshow:是的,< br / > mso-style-priority: 99; < br / > mso-style-parent: "; < br / > mso-padding-alt:在5.4 pt 0 0 5.4 pt; < br / > mso-para-margin: 0; < br / > mso-para-margin-bottom: .0001pt; < br / > mso-pagination: widow-orphan; < br / >字体大小:11.0 pt; < br / >字体类型:“Calibri”、“无衬线”,< br / > mso-ascii-font-family: Calibri; < br / > mso-ascii-theme-font: minor-latin; < br / >
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我们提出了一种介质弹性体的动态有限元公式，该公式显著缓解了由于弹性体不可压缩特性而产生的体积锁定问题。我们通过修改Simo等人的Q1P0公式来实现这一目标，并使其适应介电弹性体中的机电耦合。我们证明了体积锁定对诱导电介质弹性体中的压痕和弹坑等机电不稳定性所必需的临界电场有重大影响，并且锁定效应在涉及弹性体变形的重大约束的近期实验相关问题中最为严重。然后，我们将使用新Q1P0公式的结果与使用标准8节点线性单元和27节点二次六面体单元获得的结果进行比较，以证明所提出方法的能力。最后，与近期Wang等人对介电聚合物表面压痕不稳定性的实验工作进行了直接比较。该公式不仅与实验结果吻合良好，而且与实验观察到的折痕间平均间距也吻合良好。< / p > < / div > < / div > < / div >
用于从机械功中获取电能的介电弹性体发生器(DEGs)已经被证明，但所获得的能量密度与理论相比仍然很小预测。在这项研究中，使用等双轴拉伸实现了能量密度的显著提高(560 J/kg，功率密度为280 W/kg，效率为27%)，这是一种使电容变化最大化的机械加载配置。在等双轴拉伸作用下，介电弹性体的电容与拉伸的四次方成正比。单个能量贡献的量化表明，获得更高的转换效率受到丙烯酸弹性体内部粘性损失的限制，这表明通过我们的新型机械加载设计，其他弹性体的转换效率应该可以达到更高。 掺高的介电弹性体permittivity fillers, such as ceramic particles, achieve enhanced dielectric properties, which lower the voltage required for actuation. A thermodynamic model is proposed which investigates the electromechanical deformation and stability in these dielectric elastomer composites. The process of electromechanical coupling is analyzed with particular emphasis on the saturated polarization of the ceramic fillers, which modifies the instability due to electrostriction. The stability characteristics are studied using established principles, and provide information for achieving the goal of high performance stretchable dielectric actuators. Composites: Part A doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesa.2012.11.013 软介电弹性体能够产生可逆形状 最近被《软物质》杂志接受发表: (http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2013/SM/C2SM27375F) (http://dx.doi.org/10.1039/c2sm27375f) 我们提出了粘弹性对介电弹性体机电行为影响的计算研究。利用Reese和Govindjee先前提出的非线性粘弹性理论，开发了一种包含粘弹性效应的电介质弹性体的动态有限变形有限元公式。有限元模型采用三场Q1P0公式，以减轻材料不可压缩性引起的体积锁定效应。我们应用该公式首先对介电弹性体在经历均匀变形时的粘弹性偏差和体积响应的影响进行基本检查。具体来说，我们评估了剪切松弛时间和体松弛时间对机电不稳定的影响，并证明体松弛时间的影响可以忽略不计，但剪切松弛时间大大增加了诱导机电不稳定所需的临界电场。我们还证明了在存在松弛时间分布的情况下，与单一松弛时间相比，诱导机电不稳定性所需的临界电压显著增加，前者更能代表聚合物的粘弹性行为。然后，我们研究了粘弹性对裂纹式机电不稳定性的影响，这些不稳定性最近在含有导电液体的小孔的受限介电薄膜中观察到。粘弹性不仅显著增加了诱发机电失稳的临界电场，而且显著降低了弹性体中的裂纹扩展速度。 介电常数是可实现的 应用物理A: < A href="http://www.springerlink.com/content/r884t6q543455722/">http://www.springerlink.com/content/r884t6q543455722/ 介电弹性体致动器的性能受到电击穿的限制。由于电压引起的弹性体变薄，测量这一特性的尝试受到了干扰。本文介绍了一种避免这一问题的测试配置:拉伸弹性体薄片，连接交叉导线电极，然后将其嵌入坚硬的聚合物中。击穿时的外加电场EB与变形厚度 h和施加的拉伸< em class="formula">λ有关。对于所研究的丙烯酸弹性体，击穿场的尺度为EB = 51 h ^(- 0.25) λ ^0.63。测试配置允许在同一片弹性体上进行多个单独的测试。< / p > < p >链接:< a href = " http://link.aip.org/link/?APL/101/122905 " target = "平等" > http://link.aip.org/link/?APL/101/122905 < / > < / p > < / div > < / div > < / div >
通过施加电压，介电弹性体表面会感应到电荷。一般来说，电荷随电压的高低而增加。当电压达到一定值时，由于介电材料的极化饱和，电荷不再增加。本文建立了介电弹性体极化饱和时的非线性介电行为和超弹性行为的热力学本构模型。得到了应变加劲效应、机电失稳和卡断失稳的解析解。数值结果表明弹性体材料的拉伸极限和极化饱和极限对弹性体材料的机电不稳定性和卡通不稳定性有显著的影响。所建立的本构模型对基于介电弹性体的高性能换能器的研究具有一定的指导意义。 出版:力学材料55 (2012)60-72 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167663612001421 当泵入空气时，管状气球最初轻微而均匀地膨胀。然后，气球的短部分形成一个凸起，它与气球的未凸起部分共存。随着更多的空气被泵入，膨胀的部分以牺牲未膨胀的部分为代价而拉长，直到整个气球膨胀。这种现象类似于液-气相变。在这里，我们研究了一个介质弹性体管的膨胀转变，当空气被泵入气球并通过膜的厚度施加电压时。提出了变形段和未胀段共存的条件，确定了电击穿和机械断裂所设定的允许状态。我们发现胀形转变极大地放大了机电能量转换。在由非膨化状态和膨化状态组成的机电循环中转换的能量是仅由非膨化状态组成的机电循环的数千倍。 卢同庆，索志刚。 Large conversion of energy in dielectric elastomers by electromechanical phase transition. Acta Mechanica Sinica 28, 1106-1114 (2012). 介电弹性体(介电弹性体)是一种新型电活性材料，在电刺激下能够产生较大程度的变形。采用差示扫描量热法(DSC)、热重分析(TGA)、动态力学分析(DMA)和宽带介电光谱分析仪(BDS)分别研究了最广泛使用的介电丙烯酸弹性体(VHB 4910)的热、力学和介电性能。对VHB 4910的DSC实验表明，在- 40℃左右发生玻璃化转变。根据TGA研究，VHB 4910在约250°C时开始减肥。DMA结果表明，VHB 4910的存储模量随频率增加而增大，且具有较强的温度依赖性。VHB 4910的介电常数随着温度的增加而增加，直到温度达到0℃，然后下降到100℃。分析了vhb4910介质弹性体作动器(DEA)的机电效率。结果表明:弹性体的驱动性能主要由弹性体的力学性能决定，受介电性能的频率依赖性和温度依赖性的影响较小;这可以用来指导执行机构配置的设计，以及执行机构材料的选择。 Journal of Macromolecular Science, Part B: Physics http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00222348.2012.659617 介电弹性体传感器通常受到较大的拉伸拉伸，容易破裂。本文对丙烯酸介电弹性体(vhb4905)薄膜的破裂行为进行了实验研究。纯剪切试样采用带预裂和不带预裂试样测量力-位移曲线。我们发现，在薄膜中引入预裂纹会大大减少破裂时的拉伸。此外，我们使用不同高度的样品在不同拉伸速率下测量断裂时的拉伸和断裂能。断裂时的拉伸随试样高度的增加而减小，断裂能随拉伸速率的增加而增大。 圆柱形作动器由介电弹性体片材制成，在环形方向上用纤维加强。当电压通过薄板的厚度施加时，在轴向上可以实现大的驱动应变，无论是否有预应变和机械负载。 例如，在未进行优化的情况下，预应变为40%的圆柱体的驱动应变为35.8%，无预应变的圆柱体的驱动应变为28.6%。此外，驱动应变与圆柱体的长径比无关，因此使用长圆柱体可以很容易地驱动大应变和大位移。 出版在线: < span>http://apl.aip.org/resource/1/applab/v100/i21/p211901_s1?isAuthorized=no Appl。理论物理。列托人。<强> 100 < / >,211901 (2012)< / span > < / span > < / p > < / div > < / div > < / div >
实验与理论相结合表明介电弹性体表现出复杂的非线性相互作用过程。介质弹性体的膜通过使用刚性夹钳和机械力在各种预拉伸状态下制备。在电压驱动下，一些膜形成皱纹，随后形成穿透不稳定性，另一些膜形成皱纹，但没有穿透不稳定性，还有一些膜因局部不稳定而失效，但没有形成皱纹。在这些非线性过程中幸存下来的膜被发现获得恒定的介电强度，与预拉伸状态无关。获得了3.6的巨大电压感应拉伸。< / p > < / div > < / div > < / div > Choon Chiang Foo, Soo Jin Adrian Koh, Christoph Keplinger, Rainer Kaltseis, Siegfried bauer, Zhigang Suo。 Abstract。介电弹性体发生器是高能量密度的机电换能器。它们的性能受耗散损耗的影响。本文对具有粘弹性和漏电流两种耗散过程的介电弹性体发电机进行了理论分析。转换周期经过几个周期后达到稳态。介绍了每循环产生的电能、平均功率和机械能到电能的转换效率等性能参数。讨论了大的电能和功率输出与低转换效率之间的权衡。过多的电流泄漏导致负效率-介电弹性体发生器浪费能量而不是产生能量。本文提出的总体框架有助于耗散介质弹性体发生器转换周期的设计和评估。 我们提出 一个3维非线性介电弹性体的有限 <http://dx.doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2012.04.031>< / p > < p class = " MsoNormal " > < / p > < / div > < / div > < / div >
介电弹性体的薄膜在电压穿过其厚度时发生变形。可实现的电压诱导变形受机械载荷施加方式的强烈影响。在等双轴力作用下，薄膜已被证明存在较大的电压诱导变形，但在单轴力作用下，薄膜仅观察到较小的电压诱导变形。这里从理论上解释了这种差异。该理论还预测，当膜的变形在一个方向上受到限制时，施加在膜厚度上的电压可以使其在另一个方向上发生实质性的变形。在等双轴力和单轴力作用下的膜上进行了实验，并对两种类型的纤维约束膜进行了实验:一种是双面碳纤维的介电弹性体膜，另一种是夹着尼龙纤维的介电弹性体膜。将实验观测值与理论进行了比较。
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变化的
机电响应。这是一种类似肌肉的行为。根据介质弹性体的变形模式(单轴拉伸、等双轴膨胀和纯剪切)，研究了介质弹性体的变形
和机电稳定性。
拉入失稳发生在小拉伸比下的双轴和单轴等模态
，而大稳定变形后的纯剪切模态
起皱失稳。为实现高性能
可拉伸介电致动器的目标，建立并研究了电压活化材料的
耦合刚度。< / p > < p > < / p > < p >应用物理DOI 10.1007 / s00339 - 012 - 7457 - 6 < / p > < p > < / p > < p > < / p > < / div > < / div > < / div > < div class =”字段field-name-upload field-type-file field-label-hidden”> < div class = "字段条目" > < div class =”field-item甚至“> <表类=“sticky-enabled”> < thead > < tr > < th > < / th >附件大小< th > < / th > < / tr > < / thead > < tbody > < tr类=“奇怪”> < td > <跨类=“文件”> < img类= "文件图标" alt =“PDF图标”title =“应用程序/ PDF”src = " /模块/文件/图标/ application-pdf.png " / >
基本电学参数电介质
弹性体的电压诱导变形。本文主要研究了最广泛使用的丙烯酸介电
弹性体(VHB 4910)介电常数(在173 K
至373 K范围内)对温度的
依赖性。首先用宽带介电光谱仪(BDS)对介质常数
进行了实验研究。结果表明，介电常数
在温度达到峰值时先增加，然后下降到一个相对较小的
值。通过对拟合曲线的分析，发现Cole-Cole
色散方程比Debye
方程更能表征峰值前
的上升过程，
之后的下降过程可以用简单的Debye模型很好地描述。最后，根据拟合结果得到了VHB 4910介电常数
的数学模型，该模型可用于进一步探讨介电弹性体的机电稳定性
。
这篇论文发表在《应用物理杂志》上，可从以下网址下载:
高拉伸丙烯酸介电弹性体的断裂
Attachment Size Complex interplay of nonlinear processes in dielectric elastomers.pdf512.3 KB
耗散介质弹性体发生器性能。
应用物理学报，111,094107 (2012)
元素公式。 使用隐式时间积分器对机械和电气控制方程进行了整体求解，其中给出了静态和动态情况下的控制有限元方程。 通过将
中的惯性项与Arruda-Boyce橡胶超弹性本构模型结合在一起，我们证明了
能够捕获各种非均匀变形模式，
包括拉入不稳定性和起皱，这可能导致介电
弹性体受到各种形式的静电载荷。 这里提出的公式形成了
所需计算工具的基础，这些工具可以阐明用于工程应用的
介电弹性体的机电行为和性能。