Bending control and instability of functionally graded dielectric elastomers
当电势差施加到其主表面上的顺应性电极时，在其厚度上呈现材料特性梯度的介电弹性体的矩形板将不均匀地变形，因为平行于主表面的每个平面将膨胀或收缩到不同程度。本文基于电弹性非线性理论，研究了功能梯度介质板在剪切弹性模量和介电常数均随厚度坐标变化时的电压诱导弯曲响应。该理论被示出为一个新胡克电弹性能量函数的剪切模量和介电常数线性变化的厚度。我们发现，在一般的弯曲角增加的电势差提供的Hessian仍然是积极的，但不稳定性可能会出现的电势差增加和Hessian消失。我们推导出预测的不稳定性的海森准则，并显示如何的材料梯度可以被调整，以控制弯曲形状，并延迟或促进发病的弹性体的不稳定性。
2020-12-05 cond-mat.soft
Formation of a fast "lane" for positional transition in a microparticle-suspended nematic liquid crystal cell
本文在利用格林函数方法对总能量进行数值计算的基础上，发现外加电场对微粒悬浮液晶盒的作用，如果达到一个临界值，结合其方向、表面锚定特性和分子介电各向异性，就有可能在微粒周围产生一个各向异性的“气泡”，并形成一条垂直的快“道”，其中微粒可以在不对称浮力的驱动下，从细胞的中平面迅速垂直移动到新的平衡位置，触发作者先前发现的位置转变。这种新的平衡位置是通过浮力和由沿着“通道”的弹性能量梯度在微粒上建立的有效力之间的竞争来决定的。外场的阈值取决于厚度$L$和Frank弹性常数$K$，并且以类似于Fréedericksz的方式但通过因子略微取决于微粒尺寸和密度。对于平面取向的双折射液晶盒，当外加电场方向（a）垂直于分子介电各向异性为正的盒的两个平板，或（b）平行于分子介电各向异性为负的盒的两个平板和锚定方向时，发现了转变的双折射平衡结构。除了垂直快速“车道”的形成外，当施加的电场平行于两个板并且垂直于锚定方向时，悬浮在双折射液晶中的微粒倾向于被捕获在中平面中，而与分子介电各向异性的符号无关。这种现象也发生在负分子介电各向异性，而外部施加垂直于两个板。
2020-02-12 cond-mat.soft
The interplay between symmetry-breaking and symmetry-preserving bifurcations in soft dielectric films and the emergence of giant electro-actuation
在电场作用下可表现出极大变形的软弹性体对于软机器人、可拉伸和柔性电子产品、能量收集等应用至关重要。这种材料的传统电致动中的关键限制因素是所谓的拉入不稳定性的发生。在这项工作中，我们展示了一个非常简单的方法，同轴的介电薄膜对一个破缺的干草叉分叉状态，同时避免拉在不稳定性。通过两个分叉模式之间的非线性相互作用，我们预测电致动应变，超过传统上可能的200 $\%$，并在显着较低的应用电场。
2020-12-26 cond-mat.soft
Tuning the pull-in instability of soft dielectric elastomers through loading protocols
当电介质弹性体的厚度急剧减小导致电击穿时，会发生拉入（或机电）不稳定性，这限制了电介质器件的应用。本文通过对驱动系统自由能的分析，导出了电压控制、电荷控制、固定预紧力和固定预拉伸等不同加载方式下驱动系统吸合不稳定性的判据。Hessian准则确定了加载曲线中的最大值，超过该最大值，弹性体将迅速拉伸并失去稳定性，并且可以被视为失效路径。我们提出了数值计算的新胡克理想介电常数，并获得最大允许的致动拉伸的电介质之前，失败的电击穿。我们发现，施加一个固定的预应力或固定的预拉伸到电荷驱动的电介质可能会降低弹性体的拉伸性，这是一种情况下发生的电压驱动的电介质的情况相反。结果表明，通过调节驱动方法，可以实现无吸合不稳定性的介质弹性体的可逆大驱动。
2020-08-31 cond-mat.soft
Soft Electromechanical Elastomers Impervious to Instability
本文利用群论方法给出典型介电弹性体致动器分岔问题的闭式解，发现存在临界电场使弹性体在介电击穿前对Treloar-Kearsley不稳定性免疫，从而确立其不受常见失效模式影响的安全工作区间。
2025-05-09 cond-mat.soft
Performance of soft dielectric laminated composites
本文对电激励层状软介质复合致动器在平面变形下的性能进行了深入研究。注意，激活可以通过控制电压或表面电荷来诱导，系统的整体行为通过在大应变下将宏观电场或宏观电位移场作为独立电变量的均匀化来获得。两相复合致动器的性能相比，均匀的情况下，突出了几个边界值的问题，并为不同的值的刚度和介电常数比之间的成分是显着的应用程序，其中软矩阵是由一个相对较小的体积分数的刚性和高介电常数相增强。对于电荷控制的设备，它示出，一些复合布局承认，一方面，发生的拉入/管理单元通过不稳定性，可以利用设计释放驱动系统，另一方面，在增加表面电荷密度增厚的可能性。
2013-11-01 cond-mat.soft
Electrically Modulated Wetting of Drops on Soft Dielectric Films
电介质膜的弹性和在所施加的电压下其上的固着液滴的润湿之间的相互联系仍然没有解决。在这里，我们报告的电介质上的电润湿（EWOD）的行为，不同的弹性的介电弹性体膜上的固着液滴-从一个明显的刚性介电膜的软，可变形的介电膜。我们的研究结果表明，下面的电介质膜的弹性提供了一个额外的控制液滴电润湿行为，这可能是最好的解决从自由能为基础的考虑，导致修改的经典李普曼-杨范例。我们还提供了一个解释上的位移曲线的变形的软介质表面，由于界面的电弹性毛细相互作用触发的电润湿固着液滴。这些结果在各种新兴应用中具有深远的重要性，从软液体透镜的开发到药物输送。
2016-04-26 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Vibrations and waves in soft dielectric elastomer structures
介电弹性体（DE）是一种多功能材料，具有显著的特点，在开发柔软，轻质和小型传感器和机器人方面非常有吸引力。本文回顾了柔性DE结构的力学，重点是它们的动力响应，包括典型结构的振动和波动。根据Dorfmann和Ogden的描述，简要地总结了非线性电弹性力学的基本公式。然后，根据所采用的几何构形和坐标，概述了DE板壳线性化动力学问题研究的最新进展。一些有趣的观察，从数值结果突出显示，并讨论了潜在的物理。为了完整起见，本文还讨论了DE结构的非线性动力特性。对于具有周期性布置的DE结构，即，DE声子晶体（PC）或超材料，本文综述了其设计、解决方案和结果，以说明通过大的可逆变形和机电耦合实现的能带结构的宽范围可调谐性。目前的文献综述可能是一个有用的指导未来的动态主题的DE结构的研究。
2022-10-24 cond-mat.soft
Analysis of viscoelastic soft dielectric elastomer generators operating in an electrical circuit
软介电弹性体发生器（DEG）的预测模型必须考虑弹性体填充物、可变电容器和连接设备所有元件的电路的机电行为的现实模型。在本文中，这样一个目标是通过提出一个完整的框架，可靠的模拟软能源收割机。特别地，通过连接由机械功源周期性拉伸的电容器，通过二极管与电池并联，并与消耗所产生的能量的电负载并联，来实现简单的电路。电模型包括模拟电极的效果和通过介电膜不变地存在的传导电流的效果的电阻。由于这些器械在大变形时会经历大量机电负载循环，因此必须考虑材料的时间相关响应，因为它会强烈影响发生器的结果。为此，聚合物的粘弹性行为和可能的变化与应变的介电常数进行了仔细分析，通过一个拟议的耦合电粘弹性本构模型，校准的实验数据，在文献中提供的不可压缩的polyacrylate弹性体（3M VHB 4910）。数值结果显示的重要性，时间依赖性的行为上的DEG的性能评价为不同的加载条件下，即等双轴和单轴，在最后一节中报道。
2016-09-18 cond-mat.soft
Effect of polydispersity and soft interactions on the nematic vs. smectic phase stability in platelet suspensions
我们从理论上讨论，使用密度泛函理论，相稳定性的悬浮液中的相同厚度，但具有高的多分散性的直径的血小板，并研究多分散性对这种稳定性的影响。假设血小板像硬物体一样相互作用，但也考虑了额外的软吸引力和排斥力相互作用，这意味着代表耗尽相互作用的效果。的纵横比（直径与厚度）被认为是非常高的，以模拟最近实验探索的矿物血小板的解决方案。在这一制度的取向有序度很高，因此，模型血小板可以被视为完全平行，并通过一个基本的措施理论进行分析。我们的重点是在双晶相与近晶相的相互作用，因为高度的直径多分散性抑制了柱状相的形成。当相互作用是纯粹的硬，该理论预测一个连续的向列相到近晶相的过渡，无论直径多分散性的程度。然而，多分散性增强了近晶相相对于非晶相的稳定性。预测的情况下，一个额外的软相互作用被添加使用平均场微扰理论。在单组分流体的情况下，对于排斥力，过渡保持连续，并且近晶相随着相互作用的范围减小而变得更加稳定。相反的行为相对于范围内观察到的吸引力，事实上，过渡成为一阶低于三临界点。此外，对于吸引相互作用，出现了非均匀分层，并有一个相关的临界点。当引入片晶多分散性时，三临界温度偏移到非常高的值。
2011-02-09 cond-mat.soft
Dielectrophoretic response and electro-deformation of soft bioparticles interacting with a metallo-dielectric Janus active particle
本研究探讨了外加电场下细胞核与金属-介电Janus活性粒子相互作用的介电泳响应与电致变形，通过等效液滴两相模型模拟，发现JP覆盖率可作为评估细胞核可变形性的生物力学标志物。
2025-04-20 cond-mat.soft
Guided waves in pre-stressed hyperelastic plates and tubes: Application to the ultrasound elastography of thin-walled soft materials
薄壁软组织（例如，二尖瓣、动脉和膀胱）和使用中的薄壁人造软生物材料的原位机械表征具有很大的挑战性，并且难以通过常用的测试方法来解决。在这里，我们调查的属性集中声辐射力产生的导波浸没预应力板和管，并表明他们可以解决这一挑战。为此，我们进行了（i）基于有限变形理论中的增量波动的理论分析和（ii）有限元模拟。我们的分析导致了一种新的方法，基于超声弹性成像成像的弹性性能的预应力薄壁软组织和人工软材料在一个非破坏性和非侵入性的方式。为了验证理论和数值解，并证明相应的方法在实际测量中的实用性，我们进行（iii）实验聚乙烯醇冻凝胶phantomy浸入水中，使用Verasonics V1系统配备了L10-5换能器。最后，该方法的潜在临床应用进行了讨论。
2020-08-31 cond-mat.soft
Monolithic shape-programmable dielectric liquid crystal elastomer actuators
大型机器人系统具有高速、精确和灵活的功能。然而，软机器人执行复杂任务的能力，特别是在厘米和毫米级，仍然是有限的，因为没有快速，节能的软致动器，可以编程改变形状。在这里，我们结合了两种不同的活性材料的理想特性：介电弹性体的快速有效的致动和液晶弹性体的简易形状可编程性到一个单一的形状变化的电致动器。单轴对齐的整料实现超过120%/s的应变速率，能量转换效率为20%，同时移动超过700倍致动器重量的负载。组合式执行器技术为软机器人及其他领域的应用提供了前所未有的小型化机会，具有精度，效率和更多的自由度。
2019-04-21 cond-mat.soft
Electrolytes between dielectric charged surfaces: Simulations and theory
我们提出了一种模拟方法来研究电解质溶液中的电介质板的几何形状，使用修改后的3D埃瓦尔德求和。该方法是快速和易于实现，使我们能够快速恢复一个无限系列的图像电荷。在弱耦合极限下，我们还发展了一个平均场论，它使我们能够预测电介质带电板之间的离子分布。这两种方法之间的协议，理论和模拟，是非常好的，验证这两种方法。在强静电耦合极限的离子密度分布的例子。最后，我们探讨了中性表面之间的电荷不对称电解质的限制。
2015-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Pure measure of bending for soft plates
针对软板弯曲度量问题，本文引入并刻画弯曲中性形变及其相容性条件，提出在该类形变下不变的张量型弯曲纯度量，以支持拉伸能与弯曲能分离的软板直接理论。
2023-12-06 cond-mat.soft math-ph math.MP
Wrinkling of soft magneto-active plates
磁机械耦合起皱已出现在工程和生物学的许多场景中。因此，软磁活性（SMA）板屈曲时，受到临界均匀磁场垂直于他们的宽表面。在这里，我们提供了一个系统的分析SMA板的扭曲面内的机械载荷和横向磁场？。我们考虑两种加载模式：平面应变加载和单轴加载，以及两种磁敏板模型：neo-Hookean理想磁弹性模型和neo-Hookean磁化饱和Langevin模型。我们的分析依赖于非线性磁弹性理论和相关的线性化叠加扰动理论。我们推导了褶皱控制方程的Stroh公式，并将其与表面阻抗方法相结合，得到了明确的识别对称和反对称褶皱起始的分叉方程。我们还获得了薄板和厚板极限的不稳定性的解析表达式。对于薄板，我们与经典的欧拉屈曲解联系起来。我们还进行了详尽的数值分析，以阐明加载模式，负载振幅，和饱和磁化的非线性静态响应和分岔图的影响。我们发现反对称双模态总是出现在对称模态之前。增加预紧力或提高磁场对SMA板的稳定性有影响，而饱和磁化强度则增强了其稳定性。我们表明，欧拉屈曲解是一个很好的近似精确的分歧曲线的薄板。
2021-07-23 cond-mat.soft physics.app-ph
Guided elastic waves in a highly-stretched soft plate
本文研究高拉伸Ecoflex软板中导波传播，实验表征应力诱导各向异性并揭示声弹性理论局限，通过引入实验驱动的分数阶流变模型，实现了高达80%伸长率下相速度的准确预测。
2023-05-25 cond-mat.soft physics.app-ph
Simplified discrete model for axisymmetric dielectric elastomer membranes with robotic applications
Hohai University（河海大学）；University of Birmingham（伯明翰大学）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）；University of Michigan（密歇根大学）；Newcastle University（纽卡斯尔大学）
针对充气介电膜软体机器人仿真效率低、设计依赖试错的问题，提出基于一维离散微分几何的轴对称介电膜非线性力学数值模型，验证了其准确性，并揭示电弹性膜跳变特性可拓展软体机器人功能范围，为相关驱动器设计提供指导。
2024-04-23 cond-mat.soft cs.RO
Stiffness-dependent Dielectric Relaxation in Thermoreversible Microgels: Effects of Temperature and Strain
Raman Research Institute（拉曼研究所）
本研究通过介电谱与流变测量，揭示PNIPAM微凝胶刚度调控微观与宏观弛豫动力学，为设计自适应软材料提供框架。
2026-09-30 cond-mat.soft physics.chem-ph
A Solid-State Dielectric Elastomer Switch for Soft Logic
在本文中，我们描述了一种可伸缩的固态电子开关材料，工作在高电压电位，以及开关材料基准测试技术，利用模块化的介电弹性体（人工肌肉）环形振荡器。该固态开关材料被集成到我们的振荡器中，该振荡器在16 s后自启动，并在3.25kV直流输入下以1.05Hz的频率进行5次振荡。基于镍填充聚二甲基硅氧烷（Ni-PDMS）的开关的材料设计方法在四个关键领域（即施加拉伸后的切换行为的锐度、电阻变化的幅度、易于制造和生产率）方面比以前的基于碳脂的开关有了显著改进。开关寿命被证明是在几十到几百个周期与当前的过程。一个有趣的和潜在的有用的应变为基础的开关滞后行为也被提出。
2016-02-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Orienting thin films of lamellar block copolymer: the combined effect of mobile ions and electric field
我们研究了A/B二嵌段共聚物的薄膜，其处于限制在两个平行板（电极）之间的层状相，所述两个平行板（电极）在膜上施加恒定电压。弱偏析极限是通过一个金斯堡-朗道自由能扩展探索。我们专注于平行和垂直取向的层状相的相对稳定性，以及它们是如何受到四个实验可控参数的变化的影响：除了自由离子，A和B块之间的离子溶解度的差异，A/B块之间的介电对比度，和优先的相互作用能量的板与块。据发现，在一般情况下，离子的加入降低了临界电压需要重新定向的lamicum从平行于板，垂直于他们。当离子优先溶解在板不优选的块中时，获得临界电压的最大降低。当该块的介电常数具有更高的值时，这种降低甚至进一步增强。这些预测都有待实验验证。
2018-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
