介电弹性体材料也是电活性聚合物，美国Science期刊在1986年首先对电活性聚合物（Dielectric Electro Ac-tive Polymer，EAP）材料进行了报道。自此之后，学术界开始对EAP材料进行深入研究，使其成为现代智能材料等领域的研究热点和前沿问题之一。在外加电场的影响下，EAP材料自身的形状尺寸有明显变化，当撤销外加电场后能够恢复其原来的形状尺寸，即可以将电能直接转换为机械能，并且这种效应是可逆的，因此EAP材料是一种具有传感和驱动双重功能的智能柔性材料。EAP材料的主要成分是高分子聚合物，其中包含溶液、金属离子、陶瓷颗粒等不同组分，不同组分可以构成不同的性能的材料。按照其作用机理的不同可以分为离子型电活性材料和电场型电活性材料。离子型EAP是在电化学的基础上，以化学能作为过渡实现电能到机械能的转化，这类材料一般由两个电极和电解液组成，特点是驱动电压低（1Ｖ-5Ｖ），产生的变形大。离子的移动要在溶液环境中进行，因此离子型EAP材料需要保持表面湿润。电场型EAP材料对工作环境没有特殊要求，可以直接在空气中工作，且响应速度要比离子型EAP快得多，但它的弊端是工作所需的电场强度高，从数兆伏每米到数百兆伏每米。
　　介电弹性体的特性
　　介电弹性体（dielectric elastomer，DE）是电场型电活性材料，DE材料内部不含有金属离子，是一种绝缘体。由于它本身不具有导电能力，在电场作用下，DE材料的上下表面会有积累的电荷，由于不同电性的电荷会相互吸引，在电场作用下会产生静压力，由于这种压力的作用和材料的不可压缩性，使其在厚度方向上发生了压缩，在平面方向发生了扩张变形。介电弹性体是一类能够对外部电场产生应变响应的电活性聚合物。它有驱动和发电两种工作模式。DE的驱动工作是指当有外加电场时材料的形状尺寸发生改变，撤销外加电场后材料能恢复原状，从而实现电能转变为机械能。发电模式实质上是驱动模式的逆向过程，是将DE形变产生的机械能转变为电能。影响DE材料驱动，驱动应变的关键因素是介电常数高这一特性，介电常数与偶极子的取向极化有关，一般通过化学改性和物理共混等方法来提高DE材料的介电常数降低驱动电压。DE材料是一种高弹性的高分子聚合物，一般多由芯层的聚合物薄膜和上下的柔性电极组成。聚合物薄膜受到电场作用产生面积扩张变形，柔性电极将外界产生的电信号输送到薄膜表面，以此起到导电介质的作用。
　　介电弹性体的应用
　　介电弹性体有驱动和发电两种工作模式，在不同的工作模式下有不同的应用，其主要应用包括如下两个方面：
　　驱动应用
　　介电弹性体的驱动模式工作原理是在介电弹性体上下表面涂覆柔性电极，在电极两极施加电场后会产生麦克斯韦应力，配合拉伸机构产生的机械力，DE会产生较大的拉伸变形，DE在拉伸和收缩过程中能实现电能与机械能的相互转换。DE的驱动应用多被用于驱动器的设计。
　　自20世纪90年代以来，国内外研究者们设计出了许多不同构型的介电弹性体驱动器，如蝴蝶型、蜘蛛型、螺旋型、堆叠型、折叠型、卷轴型等。基于DE材料的驱动器柔性变形大，比较接近生物体的肌肉结构特性，DE材料多应用于仿肌肉的驱动领域。目前的研究热点是基于DE材料的软体机器人的设计、制造和应用。北京化工大学张露等根据弹簧沿着母线的伸缩动作，制作了一种圆柱驱动器，基于此驱动器制作出一种三爪抓取机构。山东大学根据设计的介电弹性体驱动器，结合3Ｄ打印技术，设计制作了一种二指柔性抓手。该抓手同样具备所设计的介电弹性体动器的特性，拥有不同的致动状态。对制作完成的柔性抓手进行了抓取实验，对柔性抓手施加电压后可以完成抓手的释放动作，去除电压之后能完成抓取动作，证明了该抓手能够成功地完成整个抓取动作。黄良东等，设计了一种基于介电型EAP圆柱形驱动器的管道行进机器人。
　　发电应用
　　介电弹性体发电原理实质上是驱动模式的逆向过程，是将介电弹性体材料形变产生的机械能转变为电能，介电弹性体在机械拉伸-收缩交替作用下可以释放电荷，从而将机械能转变为电能。与传统的压电材料作用方式相似，但原理存在本质区别：（1）即使只有很小的波动或形变，介电弹性体材料都能产生电能，而传统的压电材料通常需要较大的电流或冲击力。（2）在每一循环中，介电弹性体的功率和转换效率均明显比其他压电材料高。介电弹性体有能量密度低、成本低，可以和多种能量源进行直接耦合，无须中间转换环节的特性，可以应用于发动机耦合、风力发电、波浪发电、人力发电（例如鞋和其他人力发电机）以及一些可用的机械低功率设备，如远程传感器。鞋底发电机就是一个很巧妙的应用，鞋底发电机利用行走过程中产生的机械能使介电弹性体材料发生形变，从而产生电能，行走产生的大部分能量会在脚跟撞击时丢失，所以产生器通常位于脚跟。朱嘉澍等基于人体下肢膝关节部位的仿生运动，设计出转轮式膝盖介电弹性体发电装置。白攀等通过对介电弹性体发电机的研究，建立了发电机的能量转换-收集-存储系统，分别从DE薄膜预拉伸角度、能量转换平台设计、能量收集-存储系统搭建出介电弹性体发电机。陆刚强等对海洋介电弹性体发电进行实验研究，设计并研发出一种新型的充气膨胀式发电环实验测试平台，搭建了试验台，设计并制作了介电弹性体发电环结构。
　　随着DE材料的性能被不断挖掘和创新，未来DE材料的应用将遍布我们生活的多个领域，如：航天航空、医疗器械、消费电子、生物医学、能量回收、光学研究等领域。它将成为大家熟悉且可靠的一种材料。
　  西京学院2021年校级“大学生创新创业训练计划”项目（NO.X202112715053）