亚微米NiCr -碳薄膜作为介电弹性体高导电柔顺电极的机电评价

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:41
文章英文标题
Electromechanical evaluation of sub-micron NiCr-carbon thin films as highly conductive and compliant electrodes for dielectric elastomers
正文
本文重点研究新型亚微米金属与碳薄膜电极组合用于介电弹性体的机电评价。在纯剪切条件下,将薄膜电极溅射到37.5 %的双轴预拉伸聚二甲基硅氧烷( PDMS ) -箔片上或57.5 %的预拉伸箔片上。放松预拉伸后电极会起皱。这种褶皱结合了镍铬和碳的新型溅射三明治层,薄膜总厚度为10   nm ~ 40   nm,具有优异的机电性能。在初始电阻仅为500 Ω / square的情况下,一些电极结构在不损失导电性的前提下,能够承受100 %的高应变。1000万次循环的机械载荷不会引起薄膜及其电阻的严重退化。只要试验应变保持在先前施加的预拉伸量以下,电容-应变函数是线性的。在所有的实验过程中,没有观察到这些柔顺薄膜电极的分层现象。通过在电极上施加高电压可以改变介电弹性体的力-位移特性,从而演示执行器的工作原理。根据预拉伸方式的不同,在高应变下低电阻时,有些层序有利,有些层序不利。一般来说,具有金属电极构型的双轴预拉伸膜提供了最佳的性能。因此,本工作证明亚微米镍铬和碳夹芯层适合作为介电弹性体驱动器和传感器的电极。
文章内容(英文)
This paper focuses on the electromechanical evaluation of combinations of novel sub-micron metal and carbon thin film electrodes for dielectric elastomers. The thin film electrodes are sputtered either onto 37.5 % biaxially pre-stretched polydimethylsiloxane (PDMS)-foils or on 57.5 % pre-stretched foils under pure shear conditions. The electrodes are wrinkled after relaxing the pre-stretch. The wrinkles in combination with the innovative sputtered sandwich-layers of nickel-chromium and carbon, with a total thin film thickness of 10 nm–40 nm, lead to exceptional electromechanical properties. With an initial resistance of only 500 Ω/square, some electrode configurations tolerate high strain up to 100 % without losing conductivity. 10 million cycles of mechanical load do not cause any major degradation of the thin films and their resistances. The capacitance-strain function is linear as long as the test strain is kept below the previously applied pre-stretch. During all the experiments, no delamination of these compliant thin film electrodes was observed. The force-displacement characteristics of the dielectric elastomer can be altered by applying high voltages on the electrodes, and thus, the actuator working principle is demonstrated. Depending on the kind of pre-stretch, some layer sequences are advantageous and others are disadvantageous when a low resistance at high strain is favored. In general, biaxially pre-stretched membranes with a metallic electrode configuration provide the best properties. Hence, this work proves, that sub-micron sandwich-layers of nickel-chromium and carbon are suitable for electrodes of dielectric elastomer actuators and sensors.
来源出处
Journal|[J]Sensors and Actuators A: PhysicalVolume 315, 2020. PP 112243-
DOI
https://doi.org/10.1016/J.SNA.2020.112243

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