【摘 要】
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介电弹性体属于电活性聚合物,是一种能够在电场下产生大变形的柔性材料,具有能量密度高、自身质量轻、静音工作、响应速度快等优点。研究人员围绕介电弹性体进行理论分析、仿真模拟,设计了许多类型的介电弹性体驱动器,在航空航天、可穿戴设备、医疗康复设备、软体机器人等诸多领域展示出巨大潜力与应用场景。为了探求介电弹性体驱动器的电致动性能与介电弹性体的材料属性、制备方法以及驱动形式的相互关系,以制备具有良好驱动性
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介电弹性体属于电活性聚合物,是一种能够在电场下产生大变形的柔性材料,具有能量密度高、自身质量轻、静音工作、响应速度快等优点。研究人员围绕介电弹性体进行理论分析、仿真模拟,设计了许多类型的介电弹性体驱动器,在航空航天、可穿戴设备、医疗康复设备、软体机器人等诸多领域展示出巨大潜力与应用场景。为了探求介电弹性体驱动器的电致动性能与介电弹性体的材料属性、制备方法以及驱动形式的相互关系,以制备具有良好驱动性能的介电弹性体驱动器,本文以卷轴型介电弹性体驱动器为研究对象,对其电致动机理、电极制备方法、电驱动介电弹性弹簧的制备方法以及驱动控制方法展开研究,具体研究内容如下:（1）基于机电转换理论对介电弹性体驱动器特性进行研究,通过机理分析了得到了介电弹性体薄膜预拉伸率、激发电压对介电弹性体驱动器垂直等效应力成正比关系。（2）基于Neo-Hookean模型与Yeoh模型对影响卷轴型介电弹性体驱动器电致动性能进行研究,分析了激发电压、等双轴预拉伸率、轴向应力与轴向应变之间的关系。根据Neo-Hookean模型求解结果与Yeoh模型求解结果,Yeoh模型更加符合实际试验结果。介电弹性体在5000V电压下不容易被击穿,因此根据Yeoh模型结果设定介电弹性体薄膜等双轴预拉伸率为3.7,预计卷轴型DEA能够在5000V激发电压下产生3.016Mpa的轴向应力与5%的轴向位移。（3）通过CSNA法制备的柔性电极最佳配方为107硅胶:碳膏:炭黑:白炭黑=100:50:5:2。电导率为5.02S/m,断裂拉伸率为192.15%,弹性模量为0.46Mpa,在40%拉伸率下经历1000循环拉伸后电导率下降63.1%真空贴附方法制备的介电弹性体薄膜驱动器性能与传统刷涂方法接近,最大面积形变量为20.6214%,且柔性电极可重复利用,添加白炭黑后驱动器抗击穿能力增强。（4）设计卷轴型介电弹性体驱动器制作方法,完成驱动器的制作。搭建驱动器测试平台进行性能测试。结果显示,卷轴型介电弹性体驱动器在5000V电压下输出应力为1.976N,轴向伸长量为4.2mm。卷轴型DEA在抗疲劳性能良好,50次循环后后轴向驱动力相比于第一次驱动力下降5.1061%。驱动器失效后进行重复利用实验,柔性电极可以从失效的驱动器中分离,用于制作新的驱动器。（5）基于制作的卷轴型DEA制作人体辅助行走机构,根据人体膝关节运动原理设计辅助行走机构的基本结构,利用3D打印方法制作机构各部分零件,在7000V激发电压下,辅助行走机构可以使得人体膝关节模型弯曲3°。
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