关于介电弹性体致动器和电容式传感器的研究成果

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近日，郑州轻工业大学郭东杰教授课题组在国际期刊《Nature Communications》上发表了题为“Polyvinyl chloride-based dielectric elastomer with high permittivity and low viscoelasticity for actuation and sensing”的研究论文。郑州轻工业大学材料与化学工程学院研究生黄建建同学为论文的第一作者。   

介电弹性体广泛用于制备柔性聚合物电驱动器和传感器。现有的聚合物驱动器往往需要高的驱动电场。多数的聚合物驱动器与传感器存在应力松弛、蠕变等粘弹性负面影响。这里，作者发现氰乙基纤维素与塑化聚氯乙烯的复合凝胶具备良好的介电性能（其介电常数18.9 @1 kHz，为美国3M丙烯酸弹性体VHB 4910的4-5倍、美国Dow Corning硅橡胶Sylgard186的8-9倍），且其机械损失非常低（0.04 @1 Hz），远低于常规的VHB弹性体。组装柔性电驱动器后，展现出了理想的力学输出性能：单片薄膜（~500 μm厚）即可举起300 gf的重物；位移漂移仅为7.78%，远低于VHB弹性体136.09%。组装柔性传感器后，展现出了理想的线性区间、灵敏度、信噪比，借助于无线传输模块和单片机，即可实现大位移的实时在线检测。该项工作为聚合物驱动器和传感器的闭环控制提供了可靠的策略，产品在人工肌肉和电子皮肤等领域具有广阔的应用空间。

此项研究成果得到了国家自然科学基金(U1704149、52275295)，中原科技创新领军人才(234200510026)的支持。

黄建建，郑州轻工业大学硕士研究生，研究方向为电活性聚合物。

郭东杰，教授，郑州轻工业大学硕士/博士生导师。从事智能材料、仿生材料的研制与应用。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-37178-5

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