Dimensional effect of SrTiO3 particles on functional performance optimization of polydimethylsiloxane-based composites for dielectric elastomer actuators

ty10086 提交于 周四, 08/26/2021 - 12:43
文章英文标题
Dimensional effect of SrTiO3 particles on functional performance optimization of polydimethylsiloxane-based composites for dielectric elastomer actuators
正文
介电弹性体材料在机电传感和能量采集领域具有巨大的应用潜力。然而,在相对较低的电场下实现高的电致动特性仍然是一个关键的挑战。本文通过溶液共混和压缩成型的方法制备了两种不同直径的SrTiO3 ( STO )掺杂聚二甲基硅氧烷( PDMS )基介电弹性体复合材料。所得STO / PDMS复合材料的介电常数和杨氏模量显著提高。此外,填充4 vol . %纳米STO的PDMS基复合材料在24 Vμm–1的极低电场下表现出3.3 %的电致动应变,比纯PDMS的电致动应变提高了30 %,实验结果表明,介电弹性体复合材料在低电场下的电活性能受功能单元尺寸的影响,并通过调节填料-基体界面相互作用成功优化。本研究为设计和制备具有先进低场驱动电活性性能的新型介电弹性体提供了一种很有前途的策略。
文章内容(英文)
Dielectric elastomer materials have a great application potential in electromechanical sensing and energy-harvesting fields. However, the realization of high electro-actuation properties under a relatively low electric field is still a critical challenge. Herein two series of polydimethylsiloxane (PDMS)-based dielectric elastomer composites incorporated SrTiO3 (STO) with distinguishing diameters were prepared through solution-blending and compression moulding methods. The resultant STO/PDMS composites showed significantly enhanced dielectric permittivity and Young’s modulus. Moreover, the PDMS-based composite filled with 4 vol.% nano-scaled STO exhibited an improved electro-actuation strain of 3.3% at a very low electric field of 24 V μm−1, which was 30% larger than that of the neat PDMS. The experimental results revealed that the electro-active performance of dielectric elastomer composite under low electric fields can be influenced by the size of incorporating functional units, and be also successfully optimized by regulating the fillers-matrix interfacial interaction. This study provides a promising strategy to design and fabricate novel dielectric elastomers with advanced low-field driving electro-active properties.
来源出处
Journal|[J]Materials Research ExpressVolume 7, Issue 10. 2020. PP 105012-
DOI
https://doi.org/10.1088/2053-1591/abc0a4

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