[发明专利]一种使圆形结构介电弹性体膜上产生相变转换的方法

权利要求书

1.一种使圆形结构介电弹性体膜上产生相变转换的方法，其特征在于：利用介电高弹体驱动器技术和非线性算法进行相变转换，包括以下步骤，

步骤1：裁剪介电弹性体膜，然后预拉伸，粘连在硬质框架上，通过两个铜片连接到高压电，预拉伸区域面积的计算式为，在介电弹性体薄膜的上下两个表面均匀涂抹柔性可伸缩电极，当该结构同时受到预拉伸力和电压作用时，异性电荷相互吸引，同性电荷相互排斥，弹性体的厚度会减小，面积显著扩大，最后变形到一种平衡状态；

步骤2：对步骤1得到的介电弹性体圆形膜结构，采用相机拍摄模式跟踪介电弹性体薄膜的驱动变化，并记录薄膜在不同外力作用下的面积变化：

步骤3：判断步骤2中检测到的面积变化；当预拉伸率λ为1时，介电高弹膜上产生膨胀凸起现象，当预拉伸率λ为3或以上时，膜上产生褶皱变化；

步骤4：对于一个柱坐标系，在变形状态下，圆形介电弹性体膜单元处在一个三维应力状态：σ_z，σ_r和σ_θ，理想应力和机械力平衡要求：；

步骤5：定义Helmholtz自由能的名义密度为W，采用Gent模型，当变形趋向于拉伸极限，即，弹性体急剧变硬，甚至电击穿发生；其中J_lim是极限拉伸。

2.根据权利要求1所述的一种使圆形结构介电弹性体膜上产生相变转换的方法，其特征在于：所述圆形结构介电弹性体膜在高电压作用下，能够模仿生物的附着功能和表面皮肤的纹理。

3.根据权利要求1或2所述的一种使圆形结构介电弹性体膜上产生相变转换的方法，其特征在于：

步骤3.1：在变形过程中，膜的总体积不变，因此λ_rλ_θλ_z＝1，，然后得出介电弹性体电击穿场强度为：

步骤3.2：介电弹性体薄膜的电压-电荷曲线呈现N字形，即上升-下降-再上升；在这个过程中，会发生三种状态：平面膜、褶皱膜或者薄膜上平面区域和褶皱区域共存；

步骤3.3：电位移D可以表达为：，其中E是电场强度，ε是介电常数；当设定εE²＝0 ，因为主方向是径向和周向，根据Gent模型，材料模型的表达式为：

Φ：电压；

Q：电荷量。

4.根据权利要求1或2所述的一种使圆形结构介电弹性体膜上产生相变转换的方法，其特征在于：

结构内部的边界位于区域A和区域B交接面处，外边界满足R＝B，内部边界r＝a处的径向力平衡条件满足σ_θ＝σ_r，区域A在高压作用下经历均匀的等双轴变形，在边界r＝a，存在：

。

5.根据权利要求1或2所述的一种使圆形结构介电弹性体膜上产生相变转换的方法，其特征在于：所述的步骤5中相变方法如下：

步骤5.1：四种现象发生在电击穿失效之前：第一种现象是涂有电极区域的膜向未涂区域扩展，失效之前膜仍保持平坦，B/A＝2，λ_pre＝2，厚度H＝1mm，支撑框架的内径为6cm；第二种现象是膜上只产生凸起，λ_pre＝1；第三种现象是膜上褶皱部分和凸起区域共存，B/A＝2，λ_pre＝4.5；第四种现象是只有褶皱形成，B/A＝2，H＝1mm；

步骤5.2：在第四种现象中，又存在着两种类型的转换，即膜表面平坦区域和褶皱区域之间的转换：一种类型是褶皱在平面膜小区域形成，然后褶皱部分逐渐取代平坦部分，直到涂有电极的区域全部变褶皱，λ_pre＝4；第二类是：随着电压的增加，褶皱和平坦区域一直相互转换，直到电击穿，λ_pre＝3；

相变数据表中主要数据有：

λ_pre：预拉伸率；

A，B：膜上有电极区域A和未涂电极的区域B。