Confocal microscopy observations of electrical pre-breakdown of bi-layer elastomer dielectrics

材料科学 电介质 弹性体 电气故障 复合材料 变形(气象学) 电场 图层(电子) 介电强度 光电子学 量子力学 物理
作者
Pavida Charoen-Rajapark,David R. Clarke
出处
期刊:Extreme Mechanics Letters [Elsevier]
卷期号:49: 101473-101473 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.eml.2021.101473
摘要

At high electric fields, the electrical energy stored in a soft elastomer dielectric can be comparable to the mechanical deformation energy it produces. This has led to the development of a class of electrically controlled, large strain dielectric elastomer actuators for soft robotics and energy harvesting devices. At large electric fields, the electro-mechanically induced deformation can lead to pseudo-periodic surface morphological instabilities which then grow with increasing field into stable pre-breakdown defects prior to final, irreversible electrical breakdown. Under these extremes of combined large electrical and mechanical deformations, the morphological evolution of the pre-breakdown defects has not hitherto been reported. In contrast to the filamentary breakdown of much stiffer dielectrics, fluorescence confocal microscopy reveals an array of defects that evolve through a complex, reversible series of morphologies, transitioning from axi-symmetric “pits” to “crack-like” shapes that can “twist” and deflect, and finally open to form an array of holes. The observations suggest that the transitions, from axi-symmetric pits to flat, slit-like defects and then to an array of holes, are geometric instabilities. The implications for using a soft elastomer layer to increase the dielectric breakdown of a stiffer dielectric are discussed.

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