安泰ATA-7030高压放大器在介电弹性体智能材料中的应用-电子发烧友网

高压放大器驱动介电弹性体的运动是一种常见且有效的方法，介电弹性体是一种材料，可通过施加电场来改变其形状和大小，广泛应用于机器人、扬声器、医学等领域。

在驱动介电弹性体方面，通常会将功率放大器与电解质介电弹性体配合使用。电解质介电弹性体是一种特殊材料，它在电场作用下会发生变形。合理施加电场是驱动介电弹性体运动的关键。

需要注意的是，为了确保运动控制的准确性，通常需要将电致弹性体与功率放大器驱动器、传感器和控制系统进行协同操作。

一、介电弹性体主要基体简介

介电弹性体基体材料多种多样，包括硅橡胶、硅树脂、丙烯酸酯、聚氨酯、丁腈橡胶、天然橡胶、亚乙烯基氟化三氟乙烯及其相应的复合材料等，其中应用最广泛的有三类：硅橡胶、丙烯酸酯和聚氨酯。

二、介电弹性体在柔性机器人领域应用

图：蝠鲼仿生鱼照片及结构示意图

介电弹性体驱动器拥有高响应速度和高的能量转换效率，这让介电弹性体柔性机器人拥有非凡的机动性和续航能力。例如以硅橡胶介电弹性体作为肌肉，硅橡胶薄膜为鱼鳍，仿照蝠鲼设计的水下驱动电子鱼在可在施加循环电压时，硅橡胶介电弹性体肌肉拉动鱼鳍摆动，使电子鱼可以像蝠鲼一样通过周期性摆动产生推力，实现游动。

图：单向柔性机器人结构图

利用介电弹性体的特性，柔性机器人能适应复杂和恶劣的工作环境。传统的“坚硬”型机器人由于连接关节的弊病而有诸多限制，他们不能够在狭窄的空间中移动，而且必须安装坚硬的壳体应对危险。柔性机器人具有柔性可变的身躯和关节，甚至不需要关节，意味着它能够在各种环境移动自如，这让它对复杂的环境适应性更强。不仅如此，柔性机器人还能适应各种极限工作环境，如超高压海底。

三、介电弹性体能量收集

电动机和发电机的工作原理是相反的，电动机由电能转化为机械能的过程，是发电机将机械能转化为电能的逆过程。同理，介电弹性体发电过程也是介电弹性体驱动器的逆过程。

介电弹性体发电机能够应用到能量收集领域，这衍生出多种类型的发电机，如用来收集自然能量的波浪发电机和风能发电机，或者用来收集人体运动能量的可穿戴发电机和接触式发电机。

四、介电弹性体扬声器领域的应用

工程师用1mm厚的VHB4910丙烯酸酯胶布(3M)和100mm厚的聚丙烯酰胺水凝胶（含NaCl)制备了介电弹性体，并在两侧制作具有高度可拉伸性和透明性的扬声器。音频信号经过高压放大器馈送到扬声器，高压交流电下介电弹性体产生振动，能在20~20000Hz的整个可听范围内发出声音。

图：透明扬声器工作原理图

五、介电弹性体振动控制器

介电弹性体作为柔性驱动器新身份重新出现在半主动和主动振动控制领域。一种方向是介电弹性体驱动器在直流电场中可控的大变形行为，使介电弹性体的刚度和阻尼能够随形变产生规律的变化，因此这为介电弹性体在主动减振降噪领域提供了可能。另一种方向是介电弹性体在高压交流电下具有不同的振动响应模式，此时的介电弹性体作为致动器产生大小相等、相位相反的振动来抵消传入的振动，从而实现主动振动控制。

六、介电弹性体在医学领域的应用

科学家开发了一种管状硅橡胶介电弹性体心脏辅助器，它能够通过缓解主动脉在收缩期的变形和增加其在舒张期的压力来辅助心脏泵血。管状介电弹性体驱动器是由硅橡胶制成的，可以取代部分主动脉，基于介电弹性体刚度可控性，再现天然主动脉的软化和硬化行为，以此为血液流动提供能量。由于介电弹性体驱动器体积小并且能量密度大，相对于体积较大的气动驱动装置，具有更大的希望植入到心脏的主动脉中。此外，作者应用的硅橡胶无毒，与人体组织不黏连，自带抗凝血作用，是一种具有生理惰性材料，相对于目前普遍使用的冠状动脉金属支架，将更适用于心脏手术。作者对介电弹性体应用到心脏主动脉的研究系首创，为介电弹性体的医学应用提供了新思路。