摘要

介电弹性体是一种能在电场作用下改变其自身面积和厚度的电活性柔性材料,目前已被广泛用于制作各种结构的柔性驱动器。本文研制了一种马鞍形驱动单元,为了使驱动单元在一定电压驱动下达到单步最大位移(或称最大运动效率),从经典的超弹性材料能量理论出发,提出了静电能与预拉伸应变能占比的方法,用于确定介电弹性体薄膜的最佳预拉伸比例,从而实现柔性驱动单元最大运动效率。基于Gent模型和neo-Hookean模型,通过分析计算确定了能量占比与2个独立的预拉伸伸长比之间存在一单脊三维曲面的关系,并进一步发现介电薄膜在2个伸长比之和为常数的情况下,2个方向的伸长比相等时,能量占比最大。又通过对多组不同预拉伸伸长比的柔性驱动单元实验测试发现,单元能量占比越大,单元相对位移也越大;单元2个方向伸长比的值越靠近单脊三维曲面的脊或称凸起部分,单元相对位移越大,反之位移则越小。经实验验证,实验结果与计算结果的三维曲面分布趋势一致,证实了能量占比方法的有效性。