Significantly enhancing electro-actuation performance of dielectric elastomer with ZrO2 nanoparticles

材料科学 弹性体 电介质 复合材料 纳米颗粒 介电弹性体 损耗系数 介电强度 纳米技术 光电子学
作者
Yiting Cai,Zheqi Chen,Yang Gao,Jiali Tang,Jie Mao,Dan Wang,Jian‐Feng Chen,Yingwu Luo
出处
期刊:Composites Science and Technology [Elsevier BV]
卷期号:227: 109543-109543 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.compscitech.2022.109543
摘要

Dielectric elastomer is a kind of attractive artificial muscle with fast and reversible deformation excited by applied voltages. Typical dielectric elastomers suffer from low dielectric breakdown strength, which limits the achievable electro-actuation performance. We report that the introduction of surface-modified ZrO 2 nanoparticles in dielectric elastomer (poly(styrene- b -butyl acrylate- b -styrene)) can significantly increase the dielectric breakdown strength. We highlight that the surface modifier molecules for ZrO 2 nanoparticles should be designed to have an oligomeric chain compatible with the elastomer matrix to relieve the entropy loss of the elastomer chains. Thus, good dispersion of the nanoparticles can be achieved and the modulus is mildly increased. As a result, the maximum electro-actuation area strain is increased by a factor of 2.0 (from 19.1% to 37.8%), and the maximum energy density by a factor of 9.2 (from 5.96 kJ/m 3 to 55.15 kJ/m 3 ) by adding 1.7 vol% ZrO 2 of 8 nm.
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