Soft, tough, and fast polyacrylate dielectric elastomer for non-magnetic motor

弹性体 材料科学 电介质 介电弹性体 复合材料 刚度 模数 人工肌肉 执行机构 电活性聚合物 韧性 聚合物 计算机科学 光电子学 人工智能
作者
Li‐Juan Yin,Yu Zhao,Jing Zhu,Minhao Yang,Huichan Zhao,Jia‐Yao Pei,Shao‐Long Zhong,Zhi‐Min Dang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1): 4517-4517 被引量:210
标识
DOI:10.1038/s41467-021-24851-w
摘要

Abstract Dielectric elastomer actuators (DEAs) with large electrically-actuated strain can build light-weight and flexible non-magnetic motors. However, dielectric elastomers commonly used in the field of soft actuation suffer from high stiffness, low strength, and high driving field, severely limiting the DEA’s actuating performance. Here we design a new polyacrylate dielectric elastomer with optimized crosslinking network by rationally employing the difunctional macromolecular crosslinking agent. The proposed elastomer simultaneously possesses desirable modulus (~0.073 MPa), high toughness (elongation ~2400%), low mechanical loss (tan δ m = 0.21@1 Hz, 20 °C), and satisfactory dielectric properties ( $${\varepsilon }_{{{{{{\rm{r}}}}}}}$$ ε r = 5.75, tan δ e = 0.0019 @1 kHz), and accordingly, large actuation strain (118% @ 70 MV m −1 ), high energy density (0.24 MJ m −3 @ 70 MV m −1 ), and rapid response (bandwidth above 100 Hz). Compared with VHB TM 4910, the non-magnetic motor made of our elastomer presents 15 times higher rotation speed. These findings offer a strategy to fabricate high-performance dielectric elastomers for soft actuators.
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