The effect of morphology on poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorotrifluoroethylene)-based soft actuators: Films and electrospun aligned nanofiber mats

材料科学 单层压电片 复合材料 纳米纤维 电致伸缩 执行机构 三氟氯乙烯 静电纺丝 聚合物 压电 电气工程 共聚物 工程类 四氟乙烯
作者
Riccardo D'Anniballe,Andrea Zucchelli,Raffaella Carloni
出处
期刊:Sensors and Actuators A-physical [Elsevier]
卷期号:333: 113255-113255 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.sna.2021.113255
摘要

• P(VDF-TrFE-CTFE) based actuators, in which the active layer is a film or an aligned electrospun nanofiber mat, are realized. • Weight specific properties are introduced to compare the two different morphologies. • The nanofibers based actuators show high specific properties, fast viscoelastic relaxation and low power consumption. This paper analyzes soft actuators realized as unimorph cantilever beams, in which the active layer can have two different morphologies, i.e., either an extruded film or an aligned electrospun nanofiber mat of the poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorotrifluoroethylene). Six different soft actuators are fabricated, with active layers of varying thicknesses and morphologies, to study the electrostrictive effect of the polymer and to evaluate the stiffening properties, the mechanical work, and the blocking forces of the actuators when stimulated by different direct current electric fields. The comparison between the different actuators is performed by introducing weight specific properties, i.e., specific stiffness and specific work, showing improved specific properties for the nanofibers-based actuators. Moreover, the blocking forces, the tip deflections, and the leakage currents of the actuators are evaluated when stimulated by alternating current electric fields. The experiments show faster viscoelastic relaxation and lower electrical power consumption for the nanofibers-based actuators. This study concludes that, thank to its electro-mechanical properties, the poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorotrifluoroethylene) in the form of aligned electrospun nanofiber mat has high potential to be used as the active layer of electrostrictive unimorph beam soft actuators.

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