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介电弹性体 (DE) 因其大的电致驱动应变、高能量密度、快速响应速度和机械柔顺性而赢得了人造肌肉的绰号，所有这些都再现或在某些方面超过了天然肌肉的多功能性能。DEs 通常基于商业丙烯酸和有机硅弹性体。丙烯酸树脂需要预拉伸以实现高驱动应变并且缺乏加工灵活性。有机硅具有可加工性和快速响应，但产生的应变要低得多。
2022年7月7日，加州大学洛杉矶分校裴启兵团队（浙江大学石烨为第一作者）在Science在线发表题为“A processable, high-performance dielectric elastomer and multilayering process”的研究论文，该研究合成了一种具有双峰网络结构的可加工、高性能介电弹性体 (PHDE)，并通过调整弹性体网络内的交联剂和氢键来调整其机电性能。
PHDE 表现出 190% 的最大面积应变，并在 2 赫兹时保持高于 110% 的应变而无需预拉伸。 具有高效率、可扩展性和良率的干式堆叠工艺使多层致动器能够保持单层薄膜的高致动性能。
介电弹性体 (DE) 因其大的电致驱动应变、高能量密度、快速响应速度和机械柔顺性而赢得了人造肌肉的绰号，所有这些都再现或在某些方面超过了天然肌肉的多功能性能。当 DE 薄膜夹在顺应电极之间时，它充当可变形电容器，被称为介电弹性体致动器 (DEA)。在电压下，DE 上的电场会在电极之间产生强烈的静电相互作用，称为麦克斯韦应力，它会在厚度方向压缩薄膜并使其面积扩大。根据工作机制，高性能的 DE 应具有足够高的弹性应变、大的介电常数、高介电强度和驱动稳定性而不会过早失效。定制弹性体的机电性能以满足所有这些要求一直具有挑战性，因此 DE 材料的选择受到限制。商用 3M 超高粘合 (VHB) 丙烯酸酯胶带和有机硅弹性体树脂是最广泛使用的 DE 材料。然而，VHB 的粘弹性损失较高，而有机硅往往表现出较低的最大应变和介电强度。此外，许多柔软的传统弹性体表现出较长的应力应变平台，并且它们的性能受到机电不稳定性 (EMI) 的限制。在恒定电压下，电场随着 DE 薄膜厚度的减小而增加，导致应变逐渐增大，直至失效或引起不稳定的快速穿透。某些 DE 上的 EMI 可以通过在驱动前施加恒定应变（称为预拉伸）来抑制。然而，这需要一个刚性框架来保持施加的应变。低驱动电压和高能量输出之间的矛盾也限制了DEA的应用。多层 DEA 能够在不增加电压的情况下扩大力和能量输出，但目前使用的湿法堆叠方法（将未固化的 DE 薄膜沉积在固化的 DE 上）显示效率低、可扩展性差、产量低以及由于层不均匀性导致的次优驱动性能。此外，湿法技术不适用于预固化薄膜，例如 VHB。PHDE的能量密度和功率密度特性（图源自Science ）DE材料的开发取得了重要进展，包括具有优化交联网络的聚丙烯酸酯、瓶刷聚合物、互穿网络弹性体和高介电常数弹性体。据报道，双峰网络化 DE 材料无需预拉伸即可抑制 EMI。然而，它的最大应变较低（<90% 的面积应变）和高粘弹性损失，这限制了它的能量和功率输出。该研究合成了一种具有双峰网络结构的可加工、高性能介电弹性体 (PHDE)，并通过调整弹性体网络内的交联剂和氢键来调整其机电性能。PHDE 表现出 190% 的最大面积应变，并在 2 赫兹时保持高于 110% 的应变而无需预拉伸。 具有高效率、可扩展性和良率的干式堆叠工艺使多层致动器能够保持单层薄膜的高致动性能。https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn0099
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