Mechanics of dielectric elastomer structures: A review

In the past decade, the development of theory has deeply revealed the electromechanical coupling deformation mechanism of dielectric elastomer (DE). Many theoretical predictions on highly nonlinear deformation of dielectric elastomer have been verified by experiments. With the guidance of theory, the voltage-induced areal strain of dielectric elastomer has been increased from 100% in the pioneering work to the current record of 2200% and the energy density of a dielectric elastomer generator has reached 780 mJ/g. Much more developments have been realized on the applications of DE transducers in the fields of bioinspired artificial muscles, soft robotics, tunable lenses, and haptic interfaces. However, there is a gap between theory and application. Great potentials of developing DE transducers with the aid of a systematic theory have yet to be explored. This paper reviews the recent advances in the theory of dielectric elastomer and demonstrates some examples of using theory to design DE transducers. 9 boundary value problems of DE structures are analyzed from the simplest homogeneous deformation of a flat membrane to the highly complex bifurcations of a tube. Comparisons between theory and experiment are discussed. The viscous effect and the vibration of dielectric elastomer are reviewed. The developments of DE transducers and new dielectric materials are also reviewed. We summarize the performance of existing DE transducers with different configurations and make some discussions. It is hoped that the mechanics of DE structures can help to develop high-performance DE transducers in the future.

مکانیک ساختارهای الاستومر دی‌الکتریک: مرور

در دهه گذشته، توسعه تیوری، مکانیسم تغییر شکل کوپلینگ الکترومکانیکی (DE))را به شدت نشان داد. بسیاری از پیش‌بینی‌های نظری بر تغییر شکل بسیار غیر خطی الاستومر دی‌الکتریک با آزمایش‌ها تایید شده‌اند. با هدایت تیوری، کرنش areal ناشی از ولتاژ of دی‌الکتریک از ۱۰۰ % در کار پیشرو به رکورد فعلی ۲۲۰۰ % افزایش‌یافته است و تراکم انرژی مولد الاستومر دی‌الکتریک به ۷۸۰ mJ / g رسیده‌است. پیشرفت‌های بیشتری در کاربردهای مبدل‌های DE in در زمینه‌های of مصنوعی، رباتیک نرم، لنزهای تنظیم پذیر، و واسط‌های لامسه‌ای در نظر گرفته شده‌است. با این حال، یک شکاف بین تئوری و کاربرد وجود دارد. پتانسیل‌های بزرگ توسعه مبدل‌های DE با کمک یک نظریه نظام‌مند هنوز مورد بررسی قرار نگرفته است. این مقاله پیشرفت‌های اخیر در تیوری های دی‌الکتریک را مورد بررسی قرار داده و نمونه‌هایی از استفاده از تیوری برای طراحی مبدل‌های DE را نشان می‌دهد. [ ۹ ] مشکلات ارزش مرزی دو سازه DE از ساده‌ترین تغییر شکل یکنواخت یک غشای مسطح به the پیچیده یک مجرا مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد. مقایسه بین تئوری و آزمایش مورد بحث قرار گرفته‌است. اثر ویسکوز و لرزش الاستومر دی‌الکتریک بررسی می‌شوند. تحولات مبدل‌های DE و مواد دی‌الکتریک جدید نیز مورد بررسی قرار می‌گیرند. ما عملکرد مبدل‌های الکترونیکی موجود را با پیکربندی‌های مختلف خلاصه می‌کنیم و برخی بحث‌ها را انجام می‌دهیم. امید است که مکانیک ساختارها بتواند به توسعه مبدل‌های دو ژانیرو در آینده کمک کند.

ترجمه شده با