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Confining Nano-ZrO2 in Nanodomains Leads to Electroactive Artificial Muscle with Large Deformation
Biomacromolecules ( IF 5.5 ) Pub Date : 2024-07-10 , DOI: 10.1021/acs.biomac.4c00431
Yiting Cai 1 , Zheqi Chen 1 , Yingwu Luo 1
Biomacromolecules ( IF 5.5 ) Pub Date : 2024-07-10 , DOI: 10.1021/acs.biomac.4c00431
Yiting Cai 1 , Zheqi Chen 1 , Yingwu Luo 1
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Dielectric elastomers generate muscle-like electroactive actuation, which is applicable in soft machines, medical devices, etc. However, the actuation strain and energy density of most dielectric elastomers, in the absence of prestretch, have long been limited to ∼20% and ∼10 kJ m–3, respectively. Here, we report a dielectric elastomer with ZrO2 nanoparticles confined in nanodomains, which achieves an actuation strain >100% and an energy density of ∼150 kJ m–3 without prestretch. We decorate the surface of each nanoparticle with a layer of a diblock oligomer, poly(acrylic acid-b-styrene). The surface-decorated nanoparticles coassemble with a triblock copolymer elastomer, poly(styrene-b-(2-ethylhexyl acrylate)-b-styrene) during cosolvent casting. Consequently, the nanoparticles are confined in the polystyrene nanodomains, which results in a dielectric elastomer nanocomposite with a low modulus, high breakdown strength, and intense strain-hardening behavior. During the actuation, the nanocomposite avoids the snap-through instability that most elastomers would suffer and achieves a superior actuation performance.
中文翻译：
将纳米 ZrO2 限制在纳米域中导致具有大变形的电活性人工肌肉
介电弹性体产生类似肌肉的电驱动，适用于软机器、医疗设备等。然而，在没有预拉伸的情况下，大多数介电弹性体的驱动应变和能量密度长期以来一直分别限制在 ∼20% 和 ∼10 kJ m–3。在这里，我们报道了一种介电弹性体，其中 ZrO2 纳米颗粒被限制在纳米域中，它实现了驱动应变 >100% 和 ∼150 kJ m–3 的能量密度，没有预拉伸。我们用一层二嵌段低聚物聚（丙烯酸-b-苯乙烯）装饰每个纳米颗粒的表面。表面装饰的纳米颗粒在共溶剂浇注过程中与三嵌段共聚物弹性体聚（苯乙烯-b-（2-丙烯酸乙基hexy酯）-b-苯乙烯）共组装。因此，纳米颗粒被限制在聚苯乙烯纳米域中，这导致介电弹性体纳米复合材料具有低模量、高击穿强度和强烈的应变硬化行为。在驱动过程中，纳米复合材料避免了大多数弹性体会遭受的突弹跳变不稳定性，并实现了卓越的驱动性能。
更新日期：2024-07-10
中文翻译：
将纳米 ZrO2 限制在纳米域中导致具有大变形的电活性人工肌肉
介电弹性体产生类似肌肉的电驱动，适用于软机器、医疗设备等。然而，在没有预拉伸的情况下，大多数介电弹性体的驱动应变和能量密度长期以来一直分别限制在 ∼20% 和 ∼10 kJ m–3。在这里，我们报道了一种介电弹性体，其中 ZrO2 纳米颗粒被限制在纳米域中，它实现了驱动应变 >100% 和 ∼150 kJ m–3 的能量密度，没有预拉伸。我们用一层二嵌段低聚物聚（丙烯酸-b-苯乙烯）装饰每个纳米颗粒的表面。表面装饰的纳米颗粒在共溶剂浇注过程中与三嵌段共聚物弹性体聚（苯乙烯-b-（2-丙烯酸乙基hexy酯）-b-苯乙烯）共组装。因此，纳米颗粒被限制在聚苯乙烯纳米域中，这导致介电弹性体纳米复合材料具有低模量、高击穿强度和强烈的应变硬化行为。在驱动过程中，纳米复合材料避免了大多数弹性体会遭受的突弹跳变不稳定性，并实现了卓越的驱动性能。
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