介电弹性体复合材料热力学研究新进展 _复合材料

介电弹性体在电压的作用下可以产生大变形、具有高弹性能密度、超短反应时间、高机电耦合效率、轻质量、低价格等优良特性。基于其独特的机—电，电—机的换能特性，它可以被用来制作驱动器、传感器、能量收集器，被广泛应用于仿生领域，光学领域和航空航天领域。介电弹性体软质材料具有材料非线性和几何大变形特性，而且其承受的载荷还具有多场耦合特点，比如机械力场和电场耦合，机械力场、电场和热场耦合等等。介电弹性体的稳定性和大变形两大研究主题引起了研究人员的广泛兴趣。围绕着这两个主题，介电弹性体及其复合材料在多物理场耦合的本构关系、机电稳定性、突跳稳定性、超大电致变形机理、许用区域描绘及其应用器件的失效分析被研究人员深入而广泛的研究。介电弹性体的驱动电场与其击穿电场是同一数量级的，这大大的影响了它的商业应用。研究人员通过制备性能优异的介电弹性体复合材料来解决这一问题。大体上通过两种思路制备高性能的介电弹性体复合材料，一种是基于物理共混方法来制备颗粒或聚合物填充的硅橡胶复合材料，另一种是基于化学交联方法来制备丙烯酸互穿网络型的介电弹性体。从目前的文献来看，介电弹性体复合材料的研究多集中在合成、制备及其性能测试，理论研究则相对较少。
【介电弹性体复合材料热力学研究新进展】由哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所冷劲松教授担任通讯作者撰写的《介电弹性体复合材料的热力学和热机电稳定性》一文考虑温度的影响，理论研究了介电弹性体复合材料的热力学行为。深入探讨等双轴载荷和不同温度条件下的机电稳定性，材料参数、热参数、电致变形参数和唯象学参数对稳定性的影响。该文发表在《中国科学：物理学力学天文学》2012年第1期上。
构建介电弹性体复合材料热力学系统的热力学框架，建立耦合Ogden热弹性能、热贡献和电场能的介电弹性体复合材料的自由能模型，基于此推导出热力学本构关系，并深入探讨系统的热机电稳定性。数值结果表明，随着材料常数比减小、温度增加、电致伸缩系数减小和唯象学参数增加，介电弹性体复合材料的临界名义电场增加。
这一研究的创新之处在于通过构建介电弹性体复合材料热力学框架，提出综合考虑温度、拉伸、极化和掺杂等因素影响的自由能模型，研究复合材料的力学性能和热力学性能，为高性能复合材料制备和进一步研究其宏观力学行为提供理论基础。

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