ソフトロボット用誘電エラストマー：電気機械応答性と粘弾性散逸の調和

科学分野:

• 材料科学; ソフトロボティクス; 高分子化学

背景:

• 誘電エラストマーアクチュエータ（DEA）は、その固有の変形能力により、ソフトロボティクスにおいて重要です。従来のDEAは、低い誘電率と高い弾性率に起因する駆動ひずみの限界に直面しています。

研究 の 目的:

• DEAの性能向上のために、アクリル系エラストマーの誘電特性を高め、弾性率を低下させること。双極子の配向を促進し、分子鎖の相互作用を最小限に抑える柔軟なネットワークを設計すること。

主な方法:

• 誘電特性を高めるために、アクリル系エラストマーに極性モノマーを組み込むこと。柔軟なネットワークを作成し、架橋密度を制御するために、柔軟な長鎖架橋剤を追加すること。誘電率、弾性率、駆動ひずみ、比エネルギー、比出力を特性評価すること。

主要な成果:

• 改良されたアクリル系エラストマーは、従来の（アクリレート系）と比較して誘電率が3倍（17.4）、弾性率が半分（0.06 MPa）を示しました。合成されたDEAは、50 MV/mで311%の面積ひずみを達成し、VHBエラストマーの6倍でした。30 MV/mで31 J/kgの比エネルギーと205 W/kgの比出力を実証し、4,800サイクル以上の安定した性能を示しました。

結論:

• 極性モノマーと柔軟な架橋剤を用いたアクリル系エラストマーの分子工学は、DEAの性能を大幅に向上させます。開発されたDEAは、要求の厳しいソフトロボティクス用途に適した、優れた駆動ひずみと安定性を提供します。本研究は、高度なDEA開発のための新しいアプローチと設計原則を提示します。