●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材料的研究進展 8
1.2.1 新型DE材料研發的進展 8
1.2.2 DE材料電致變形性能的研究進展 10
1.2.3 DE材料變形機理的研究進展 13
1.2.4 DE材料力電耦合理論研究進展 14
1.3 DE材料的發展前景 16
參考文獻 18
第2章 DE材料電致變形力電耦合模型及穩定性 22
2.1 DE材料力電耦合模型發展歷程 22
2.2 基於熱力學理論的DE材料電致變形力電耦合模型 24
2.2.1 基於DE材料的平面驅動器熱力學模型 24
2.2.2 DE材料應變能模型 27
2.3 DE材料力電耦合變形的穩定性 29
2.3.1 DE材料的失穩現像 29
2.3.2 DE材料失穩機理 33
2.3.3 非線性極化對突跳失穩的影響 37
2.4 DE材料力電耦合失穩現像的利用 42
2.4.1 突跳失穩的利用 42
2.4.2 凹坑失穩的利用 43
2.5 本章小結 45
參考文獻 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材料力學性能的影響 60
3.4 預拉伸對DE材料力電特性的影響 62
3.4.1 預拉伸對DE材料介電性能的影響 62
3.4.2 預拉伸對DE材料力學性能的影響 64
3.5 DE材料的力電耦合效率 64
3.5.1 DE材料的應變繫數 64
3.5.2 DE材料的機械效率 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材料的電荷洩漏性能 70
3.7 本章小結 76
參考文獻 77
第4章 預拉伸對DE材料力電耦合特性影響的分析 80
4.1 預拉伸對固體電介質極化的影響 80
4.1.1 極化的微觀機理和表達 80
4.1.2 極化內微觀電場和宏觀電場的關繫 81
4.2 高分子聚合物材料的制約取向極化行為 84
4.2.1 制約取向極化現像 84
4.2.2 DE材料制約取向極化數學模型 85
4.2.3 預拉伸對取向極化的影響 87
4.3 預拉伸對力電耦合變形和穩定性的影響 88
4.3.1 考慮制約取向極化的DE材料本構關繫 88
4.3.2 預拉伸對電致變形與穩定性的影響 89
4.4 預拉伸對DE材料力學性能及力電耦合行為的影響 91
4.5 預拉伸的實現技術 93
4.5.1 機械預拉伸技術 93
4.5.2 雙網絡互穿聚合物的預拉伸技術 95
4.6 本章小結 96
參考文獻 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-電耦合本構方程 102
5.3 溫度對DE材料力電耦合穩定性的影響 104
5.3.1 溫度對力電失穩的影響 105
5.3.2 溫度對失去張力失穩現像的影響 106
5.3.3 溫度對電擊穿失效的影響 107
5.3.4 溫度對材料機械強度極限的影響 110
5.3.5 穩定性區域 110
5.4 溫度及預拉伸對DE材料力電耦合性能的影響 112
5.4.1 溫度及預拉伸變形對DE材料介電常數的影響 112
5.4.2 溫度及預拉伸變形影響下的DE材料力電耦合特性 113
5.5 本章小結 117
參考文獻 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材料松弛變形對預拉伸作用的影響 123
6.2.2 黏彈性對預拉伸後DE材料介電強度的影響 123
6.2.3 黏彈性對預拉伸後DE材料力電耦合失穩的影響 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 數值計算結果和討論 132
6.5 本章小結 137
參考文獻 137
第7章 DE材料的動態特性分析 139
7.1 DE材料驅動器的動力學建模方法 139
7.1.1 基於虛功原理的DE材料驅動器建模方法 139
7.1.2 基於歐拉-拉格朗日方程的DE材料驅動器建模方法 141
7.2 DE材料的非線性動態特性 144
7.2.1 DE材料驅動器的固有頻率分析 144
7.2.2 DE材料驅動器的非線性動態響應特性分析 146
7.3 溫度對DE材料驅動器動態特性的影響 154
7.4 頻率對DE材料驅動器動態特性的影響 157
7.5 本章小結 160
參考文獻 160
第8章 DE材料電荷驅動及電荷洩漏的影響 162
8.1 電荷驅動下的DE材料驅動器 162
8.1.1 電荷驅動下DE材料的力電耦合模型 162
8.1.2 電荷驅動和電壓驅動下DE材料的力電耦合行為比較 165
8.2 DE材料的電荷洩漏特性 167
8.3 電荷洩漏對電荷驅動下DE材料性能的影響及補償方法 170
8.3.1 電荷洩漏對DE材料性能的影響 170
8.3.2 面向穩定變形的電荷洩漏補償方法 173
8.4 電荷洩漏對DE材料動態性能的影響 175
8.5 本章小結 180
參考文獻 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材料的靜態變形行為 181
9.1.1 DE材料驅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 不同力學邊界下DE材料驅動器的動態特性 188
9.2.1 彈簧邊界 189
9.2.2 阻擋力邊界 192
9.2.3 雙DE材料薄膜構成的邊界 193
9.3 DE材料的離面起皺現像 199
9.3.1 不規則的起皺現像 200
9.3.2 規則的褶皺現像 206
9.4 本章小結 210
參考文獻 211
第10章 DE材料驅動器力電耦合大變數值模擬及應用 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離散及迭代求解 216
10.4 DE材料本構關繫 218
10.5 DE材料力電耦合大變形數值模擬算例 219
10.6 本章小結 226
參考文獻 226
第11章 離子導體驅動DE的基本理論及其應用 228
11.1 引言 228
11.2 離子導體驅動DE的基本理論 230
11.2.1 離子導體驅動DE的工作原理 230
11.2.2 離子導體驅動DE熱力學理論 232
11.3 離子導體性能及其對DEA的影響 235
11.3.1 離子導體的穩定性 235
11.3.2 離子導體對DEA力電耦合變形的影響 238
11.4 離子導體的應用 239
11.4.1 離子導體驅動的DE傳感器和離子導線 239
11.4.2 離子導體驅動的柔性DE電致發光器件 241
11.5 本章小結 242
參考文獻 243
第12章 基於DE材料的驅動器結構設計 245
12.1 單層DE材料驅動器結構設計 245
12.1.1 單層DE材料面內變形驅動器 245
12.1.2 單層DE材料面外變形驅動器 251
12.2 多層堆棧式DE材料驅動器結構設計 253
12.2.1 多層DE材料堆棧式結構制備方法 254
12.2.2 多層DE材料堆棧式結構的應用 257
12.3 圓柱形DE材料驅動器結構設計 260
12.3.1 圓柱形DE材料直線驅動器 260
12.3.2 圓柱形DE材料彎曲驅動器 263
12.4 本章小結 268
參考文獻 269
第13章 基於DE材料的能量收集理論與實踐 271
13.1 基於DE材料的能量收集工作原理 272
13.2 基於DE材料的能量收集繫統在不同變形模式下的能量計算 277
13.3 基於DE材料的能量收集國內外研究進展 281
13.3.1 基於DE材料能量收集行為的理論研究進展 282
13.3.2 基於DE材料能量收集的結構設計研究 284
13.3.3 面向DE材料能量收集的電路研究 292
13.4 基於DE材料的能量收集實驗 295
13.5 本章小結 300
參考文獻 301
第14章 基於DE材料的傳感器結構設計 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 具有表面微結構的DE材料傳感器 316
14.5 DE材料傳感器的電容測量技術 319
參考文獻 322

本書是作者所在科研團隊近十年來從事“介電彈性體（dielectric elastomer，DE）智能材料力電耦合性能及其應用”的科研工作總結。書中內容以本科研團隊的相關研究成果為主線，同時梳理了1990年至今本領域國內外的代表性工作，對介電彈性柔性材料的基本性能、力電耦合理論模型以及影響其力電響應特性的主要因素進行了詳細介紹，並介紹了該智能材料的應用研究案例，從而為讀者正確認識該類材料、設計及應用該新型智能材料提供借鋻。本書既可以作為高等院校高年級本科、研究生教學的輔助教材，也可以作為研究單位、相關企業了解DE智能材料的參考書。