利用碳纳米管增强软介质单晶体驱动器的弯曲行程

由 ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:54
文章英文标题
Augmenting bending stroke of soft dielectric unimorph actuator using carbon nanotubes
正文
实验研究了碳纳米管( CNTs )添加量对聚二甲基硅氧烷( PDMS )基软介电弹性体驱动器( DEA )驱动性能的影响。在unimorph构型下比较了纯PDMS和CNT / PDMS复合样品的驱动能力。对比分析实验结果可知，最佳CNT浓度( 0.05 wt % )的加入显著提高了纯PDMS基DEA的尖端位移( 2倍)和效率( 3倍)，超过最佳水平增加CNT浓度会降低弯曲驱动器的尖端位移和效率。实验结果得到了理论分析和有限元模拟的良好支持。此外，结合实验和数值结果建立DEA的微观结构-性能关系，结果表明，在最佳CNT浓度下，诱导的Maxwell应力补偿了DEA刚度的增加，但超过最佳CNT加载后刚度的增强和团聚导致尖端位移降低。
文章内容（英文）
Experimental investigations are carried out to quantify the effect of carbon nanotubes (CNTs) addition on the actuation performance of polydimethylsiloxane (PDMS) based soft dielectric elastomer actuator (DEA). The actuation ability of pure PDMS and CNT/PDMS composite samples is compared in unimorph configuration. Comparative analysis of experimental results shows that incorporation of optimum CNT concentration (0.05 wt%) significantly enhances the tip displacement (two times) and efficiency (three times) of pure PDMS based DEA. Increasing the CNT concentration beyond optimum level degrades the tip displacement and efficiency of bend actuator. The experimental results are well supported by the theoretical analysis and finite element simulations. Moreover, experimental and numerical findings are combined to establish microstructure-property relationship of DEA. It is shown that at optimum CNT concentration, the induced Maxwell stress compensates for the increase in stiffness of DEA. However, the enhanced stiffness and agglomeration beyond optimum CNT loading results in lower tip displacement.
来源出处
Journal|[J]Smart Materials and StructuresVolume 29, Issue 10. 2020. PP 105013-
DOI
https://doi.org/10.1088/1361-665X/ab9549

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