软体机器人具有良好的形态适应性,已成为涉及材料、机械、力学等多学科交叉的前沿领域。软体变形材料是软体机器人开发的材料基础,然而受一般软材料固有低模量属性的限制,目前的软体机器人普遍存在难以维稳、负载能力差等缺点。现有的解决方案是采用气动驱动器来赋予软体机器人以变刚度功能,但存在系统复杂、响应慢等问题。若能直接通过电场调控软体材料的弹性模量,开发出电驱动的变形-变刚度一体化智能材料,则有望解决制约软体机器人发展的瓶颈问题。介电弹性体（Dielectric Elastomers,DE）是典型的电致变形材料,被广泛应用于软体机器人领域;而另一种电致智能材料—电流变弹性体（Electrorheological elastomers,ERE）因其独特的电致变模量等特性被应用于变刚度减振装置的开发中。本文将电流变弹性体与介电弹性体有机结合,构建一种兼具电致变形与电致变模量双功能的介电流变弹性体复合材料（Dielectric Electrorheological Elastomer,DERE）,为新型刚度可控型软体机器人的开发奠定材料基础。首先,以尿素改性Ti O2颗粒为填充相制备电流变弹性体,并对其电致粘弹性、电致变形效应进行研究。电致粘弹性测试结果表明,在0～3k V/mm的外加电场下,电流变弹性体储能模量随电场强度增大而增大,在3k V/mm的电场强度下时相对电流变效应达到12%。电致变形测试结果表明,电流变弹性体具有显著的电致变形能力,在电场强度为3k V/mm时,电流变弹性体的形变量比纯硅橡胶的形变量提高2.8倍。构建基于电流变弹性体的悬臂梁结构,在不同外加电场下测试其刚度的变化,结果表明电流变弹性体悬臂梁结构的刚度随场强的增加而增加。继而,将电流变弹性体与商用介电弹性体VHB4910层叠复合、并涂覆柔性电极,制备介电流变弹性体（DERE）。对DERE与VHB4910的电致变形行为和电致粘弹性、循环使用稳定性、蠕变回复等进行测试。实验结果表明,DERE的电致变形效应较VHB4910提升了20倍,且具有显著的电流变效应:在3k V/mm电场下,其剪切储能模量较零场下增长了11%。

上述研究成果近期发表于《实验力学》，由大连理工大学董旭峰教授团队主要完成，李博老师团队参与其中的电致变形的表征和分析。

论文题目：介电流变弹性体的电致变形与电流变效应研究 DOI：10.7520/1001-4888-21-194

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