安泰ATA-7030高壓放大器在介電彈性體智能材料中的應(yīng)用

高壓放大器驅(qū)動(dòng)介電彈性體的運(yùn)動(dòng)是一種常見且有效的方法，介電彈性體是一種材料，可通過施加電場來改變其形狀和大小，廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、揚(yáng)聲器、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

在驅(qū)動(dòng)介電彈性體方面，通常會(huì)將功率放大器與電解質(zhì)介電彈性體配合使用。電解質(zhì)介電彈性體是一種特殊材料，它在電場作用下會(huì)發(fā)生變形。合理施加電場是驅(qū)動(dòng)介電彈性體運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵。

需要注意的是，為了確保運(yùn)動(dòng)控制的準(zhǔn)確性，通常需要將電致彈性體與功率放大器驅(qū)動(dòng)器、傳感器和控制系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同操作。

一、介電彈性體主要基體簡介

介電彈性體基體材料多種多樣，包括硅橡膠、硅樹脂、丙烯酸酯、聚氨酯、丁腈橡膠、天然橡膠、亞乙烯基氟化三氟乙烯及其相應(yīng)的復(fù)合材料等，其中應(yīng)用最廣泛的有三類：硅橡膠、丙烯酸酯和聚氨酯。

二、介電彈性體在柔性機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用

圖：蝠鲼仿生魚照片及結(jié)構(gòu)示意圖

介電彈性體驅(qū)動(dòng)器擁有高響應(yīng)速度和高的能量轉(zhuǎn)換效率，這讓介電彈性體柔性機(jī)器人擁有非凡的機(jī)動(dòng)性和續(xù)航能力。例如以硅橡膠介電彈性體作為肌肉，硅橡膠薄膜為魚鰭，仿照蝠鲼設(shè)計(jì)的水下驅(qū)動(dòng)電子魚在可在施加循環(huán)電壓時(shí)，硅橡膠介電彈性體肌肉拉動(dòng)魚鰭擺動(dòng)，使電子魚可以像蝠鲼一樣通過周期性擺動(dòng)產(chǎn)生推力，實(shí)現(xiàn)游動(dòng)。

圖：單向柔性機(jī)器人結(jié)構(gòu)圖

利用介電彈性體的特性，柔性機(jī)器人能適應(yīng)復(fù)雜和惡劣的工作環(huán)境。傳統(tǒng)的“堅(jiān)硬”型機(jī)器人由于連接關(guān)節(jié)的弊病而有諸多限制，他們不能夠在狹窄的空間中移動(dòng)，而且必須安裝堅(jiān)硬的殼體應(yīng)對危險(xiǎn)。柔性機(jī)器人具有柔性可變的身軀和關(guān)節(jié)，甚至不需要關(guān)節(jié)，意味著它能夠在各種環(huán)境移動(dòng)自如，這讓它對復(fù)雜的環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)。不僅如此，柔性機(jī)器人還能適應(yīng)各種極限工作環(huán)境，如超高壓海底。

三、介電彈性體能量收集

電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的工作原理是相反的，電動(dòng)機(jī)由電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程，是發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的逆過程。同理，介電彈性體發(fā)電過程也是介電彈性體驅(qū)動(dòng)器的逆過程。

介電彈性體發(fā)電機(jī)能夠應(yīng)用到能量收集領(lǐng)域，這衍生出多種類型的發(fā)電機(jī)，如用來收集自然能量的波浪發(fā)電機(jī)和風(fēng)能發(fā)電機(jī)，或者用來收集人體運(yùn)動(dòng)能量的可穿戴發(fā)電機(jī)和接觸式發(fā)電機(jī)。

四、介電彈性體揚(yáng)聲器領(lǐng)域的應(yīng)用

工程師用1mm厚的VHB4910丙烯酸酯膠布(3M)和100mm厚的聚丙烯酰胺水凝膠（含NaCl)制備了介電彈性體，并在兩側(cè)制作具有高度可拉伸性和透明性的揚(yáng)聲器。音頻信號經(jīng)過高壓放大器饋送到揚(yáng)聲器，高壓交流電下介電彈性體產(chǎn)生振動(dòng)，能在20~20000Hz的整個(gè)可聽范圍內(nèi)發(fā)出聲音。

圖：透明揚(yáng)聲器工作原理圖

五、介電彈性體振動(dòng)控制器

介電彈性體作為柔性驅(qū)動(dòng)器新身份重新出現(xiàn)在半主動(dòng)和主動(dòng)振動(dòng)控制領(lǐng)域。一種方向是介電彈性體驅(qū)動(dòng)器在直流電場中可控的大變形行為，使介電彈性體的剛度和阻尼能夠隨形變產(chǎn)生規(guī)律的變化，因此這為介電彈性體在主動(dòng)減振降噪領(lǐng)域提供了可能。另一種方向是介電彈性體在高壓交流電下具有不同的振動(dòng)響應(yīng)模式，此時(shí)的介電彈性體作為致動(dòng)器產(chǎn)生大小相等、相位相反的振動(dòng)來抵消傳入的振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)主動(dòng)振動(dòng)控制。

六、介電彈性體在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

科學(xué)家開發(fā)了一種管狀硅橡膠介電彈性體心臟輔助器，它能夠通過緩解主動(dòng)脈在收縮期的變形和增加其在舒張期的壓力來輔助心臟泵血。管狀介電彈性體驅(qū)動(dòng)器是由硅橡膠制成的，可以取代部分主動(dòng)脈，基于介電彈性體剛度可控性，再現(xiàn)天然主動(dòng)脈的軟化和硬化行為，以此為血液流動(dòng)提供能量。由于介電彈性體驅(qū)動(dòng)器體積小并且能量密度大，相對于體積較大的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，具有更大的希望植入到心臟的主動(dòng)脈中。此外，作者應(yīng)用的硅橡膠無毒，與人體組織不黏連，自帶抗凝血作用，是一種具有生理惰性材料，相對于目前普遍使用的冠狀動(dòng)脈金屬支架，將更適用于心臟手術(shù)。作者對介電彈性體應(yīng)用到心臟主動(dòng)脈的研究系首創(chuàng)，為介電彈性體的醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供了新思路。

圖：ATA-7030高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

以上就是高壓放大器在介電彈性體智能材料中的應(yīng)用，如果對于高壓功率放大器在介電彈性中還有其他什么應(yīng)用感興趣，歡迎隨時(shí)咨詢。高壓放大器https://www.aigtek.com

審核編輯 黃宇